多相催化：基本原理與應用

第1章多相催化——二維化學1
1.1引言3
1.2催化的歷史背景4
1.2.1氨分解5
1.2.2催化氧化5
1.2.3Berzelius和催化概念6
1.2.4第一個工業催化過程7
1.2.5氨的合成8
1.2.6烴的水蒸氣重整12
1.2.7催化基礎研究13

第2章表面與吸附17
2.1引言19
2.2清潔的表面19
2.3Langmuir對吸附的研究22
2.4Langmuir等溫線22
2.5氫氣的化學吸附25
2.6複雜分子的化學吸附26
2.7非均勻表面27
2.8非平衡吸附28
2.9吸附過程30
2.10化學吸附的歸納34
2.11物理吸附36
2.12p/p°≥0.3時物理吸附等溫線的特徵41

第3章催化劑是如何工作的？45
3.1引言47
3.2催化過程47
3.2.1雙分子過程47
3.2.2單分子過程50
3.2.3催化過程的可逆性52
3.2.4催化過程的選擇性52
3.2.5動力學和機理53
3.3催化劑和催化活性位53
3.4金屬催化55
3.4.1引言55
3.4.2非負載金屬催化劑57
3.4.3負載型金屬催化劑59
3.5氧化物61
3.6硫化物63
3.7結論64

第4章催化劑的製備65
4.1活性表面積和催化劑結構的重要性67
4.2活性表面68
4.3催化劑載體71
4.3.1導論71
4.3.2氧化鋁(Al2O3)72
4.3.3二氧化矽(SiO2)76
4.3.4SiO2-Al2O3和沸石79
4.3.5二氧化鈦(TiO2)80
4.3.6氧化鋯(ZrO2)81
4.3.7碳83
4.3.8載體的“成型”83
4.4負載型催化劑84
4.4.1催化劑的浸漬84
4.4.2共沉澱催化劑86
4.4.2.1單離子沉澱86
4.4.2.2幾個物種在一起的沉澱:共沉澱87
4.4.2.3尿素分解沉澱和共沉澱91
4.4.2.4氨基配合物的分解93
4.5催化劑表徵93
4.5.1化學組成93
4.5.2相結構95
4.5.3物理織構95
4.5.4操作條件下的催化活性、選擇性和穩定性96

第5章催化反應器及催化反應動力學參數測量97
5.1引言99
5.2靜態反應器100
5.3攪拌反應器與強制迴圈反應器103
5.3.1攪拌反應器103
5.3.2強制迴圈反應器104
5.4流過式反應器106
5.5流化床反應器110
5.6脈衝反應器112
5.7TAP反應器114
5.8SSITKA116
5.9“原位/Operando”法117
5.10微反應器法119
5.11結論121

第6章催化反應動力學及反應機理123
6.1引言125
6.2單分子反應125
6.3雙分子反應———Langmuir-Hinshelwood動力學129
6.4雙分子反應———Eley-Rideal動力學132
6.5Mars-vanKrevelen機理132
6.6反應動力學運算式的實例135
6.6.1Langmuir方程及壓力函數135
6.6.2合成氨136
6.6.3乙烷氫解138
6.6.4甲烷化140

第7章大型催化反應器143
7.1引言145
7.2催化劑的形狀145
7.2.1壓片145
7.2.2擠出成型146
7.3傳質在催化反應中的重要性147
7.3.1外擴散148
7.3.2內擴散151
7.3.3擴散限制對選擇性的影響156
7.3.4擴散限制對催化劑中毒的影響157
7.4催化反應中的傳熱158
7.4.1連續反應158
7.4.2可逆反應160
7.4.3可逆放熱反應的反應器162
7.4.4化學熱管:“Adam和Eva過程”165

第8章催化反應169
8.1引言171
8.2天然氣催化轉化171
8.2.1天然氣轉化制合成氣173
8.2.2費托合成176
8.2.3甲醇合成和甲醇重整180
8.2.4甲醇轉化為其他產品186
8.3原油轉化催化188
8.3.1原油蒸餾和原料淨化188
8.3.2加氫處理191
8.3.3輕質石腦油異構化194
8.3.4重質石腦油重整195
8.3.5流化催化裂化(FCC)196
8.4石油化工產品和工業有機化學200
8.5環境催化202
8.5.1NOx的選擇性還原203
8.5.2汽車尾氣處理催化劑205
8.6生物質催化轉化212
8.7結論218