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工业催化

多媒体讲义

催化剂表征与测试

表面积

●颗粒性质

●机械性质和热性质

·本体性质(组成与相结构)·表面性质

●活性

●

·

催化剂表征与测试

孔结构

三方面的性质：

·化学组成和结构

元素组成、晶相结构和含量、表面组成

●纹理组织及机械性质

纹理组织：颗粒大小和形状、孔结构、表面积、物

相间相互排列的方式

机械性质：工业应用必备的性质

抗磨性能、机械强度、抗热冲击性

●活性

在给定条件下，催化剂促进某种化学转化的能力。

引言

一、孔、内表面、外表面

固体催化剂颗粒是微粒子的聚结体。

微粒子：10~100μm,多孔固体，孔半径1.5~15nm,中孔或介孔(mesopore)

催化剂颗粒：微粒子挤压或粘结生成的有一定强度的颗粒。微粒子之间的空隙形成半径15nm的大孔。

多孔材料的分类：

(1)微孔材料：孔径2nm,micropores

(2)介孔材料：2孔径50nm,mesopores

(3)大孔材料：孔径50nm,macropores

第一节表面积

微粒子

催化剂

固体催化剂颗粒的孔的形成示意图

1101001000

孔半径r/nm

macroporesr15nm

mesoporesr15nm

——低压

----高压

孔的数目

颗粒

孔的来源：微粒子固有的孔(中孔和小孔)

微粒子间隙的孔(大孔)

构成催化剂的颗粒内表面。

内表面积：催化剂颗粒内孔隙的表面积。

内表面积占催化剂总表面积的95%以上。其中，中孔和小孔占绝大部分。

外表面积：催化剂颗粒外表面的面积。

高比表面的催化剂：比表面积100~1000m2/g

外表面积可以忽略不计。

孔、内表面、外表面

1938年Brunauer,Emmett,Teller提出了对Langmuir

模型的修正，即：多分子层吸附模型

与之相应的吸附等温线方程，即：BET方程

斜率十截距

三、BET方程

吸附质

温度K

实验值

计算值

推荐值

氮

77

0.162

0.162

0.162

氩

77

0.147±0.041

0.138

0.138

氪

77

0.203±0.033

0.152

0.202

正丁烷

273

0.448±0.098

0.323

0.444

苯

293

0.436±0.098

0.320

0.430

最常用的方法：N₂吸附法

BET测定中常用吸附质的表观分子截面积(nm²)

四、BET法测算表面积

催化剂或载体

用途

比表面积，m²/g

REHY沸石

裂化，载体

1000

硅胶

载体

400~600

y-Al₂O₃

载体

200~350

活性碳

载体

500~1000

SiO₂-Al₂O₃

裂化，载体

200~500

Co-Mo/Al₂O₃

加氢脱硫

200~300

Ni/Al₂O₃

加氢

200~300

Fe-Al₂O₃-K₂O

合成氨

10

V₂O₅

部分氧化

1

Pt

氨氧化

0.01

一些典型的工业催化剂的比表面积

第二节孔结构(孔隙组织)

一、比孔容的测定

方法：汞-氦法

原理：在体积为V的容器中装满重量为W的催化剂颗粒或粉末，抽真空后，充入氦气，测定出充入氦的体积

VHe,即：容器内除去催化剂骨架体积以外的所有空间体积。然后，将氦抽出，并在常压下充入汞，测定出充入汞的体积VH,即：除去催化剂骨架体积和颗粒中的孔隙体积以后容器中剩余的体积(由于汞对大多数表面不润湿，在常压下不渗入直径14μm的孔)。

也就是说，催化剂的孔容：V孔=VHe-VHg

催化剂的比孔容：

压汞仪的核心部分示意图

压力

汞

液压流体

压汞仪测定结果：汞压入曲线

汞压入体积一压力曲线

汞压入体积一孔径曲线

压汞仪

催化剂

样品池

渗入体积

汞压入曲线

汞压入曲线示意图

压力一

硅藻土

硅胶

2004006008001000

孔半径，nm

孔径分布曲线

1.5

1.0

0.5

0.0%

孔径分布曲线：D(r)-r关系曲线

D(r)10⁵,cm³/nm

四、氮吸附法与压汞法的比较

氮吸附法：适用于半径为1.5~20nm的孔

压汞法：适用于半径为5nm~75μm的孔

两种方法比较：

对介孔到不太大的大孔(3~30nm),

均能给出较好的结果；

两种方法较为吻合。

相互补充，相互结合使用比较好

曲线是从N₂吸附等温线计算得到的

“O”点是由压汞法计算得的

20

孔径r/nm

0.02F

0.01

0

10

两种方法得到的孔径分布结果比较

0.03-