新型固体酸催化剂的设计、制备及其在烷基化反应中的应用研究

新型固体酸催化剂的设计、制备及其在烷基化反应中的应用研究【摘要】：苯与长链烯烃烷基化反应制得的直链烷基苯、二苯醚与烯烃烷基化反应生成的烷基二苯醚是两类重要的工业反应中间体，它们经进一步的磺化、中和过程生产的烷基苯磺酸盐和烷基二苯醚磺酸盐是优良的阴离子表面活性剂，是现代合成洗涤剂工业产品中的主要成分。为适应当代环境保护的要求，化学工业必须走可持续发展之路，这就要求这两类工业烷基化反应采用新型的环境友好催化剂以取代传统的液体酸催化剂，同时提高产品的质量，增加可生物降解的直链烷基苯2位和3位异构体选择性，防止洗涤废液对环境造成污染。取代传统液体酸催化体系的途径，主要集中在催化剂的选择上，其中包括多种无机固体酸和有机固体酸，目前这些固体酸催化材料存在的主要缺点是反应选择性不高、反应条件苛刻以及催化剂失活等问题。本论文工作选取了氧化锆固体超强酸、离子液体和负载杂多化合物三种类型的催化材料加以研究。考察制备过程中各种影响因素的作用，并对所制备的催化剂进行傅立叶变换红外光谱、差热-热重、比表面与孔径分布、X射线粉末衍射等表征，通过利用氨气吸附红外光谱、氨气吸附-程序升温脱附等手段研究了固体酸的酸性质；将所制备的新催化材料应用于苯／二苯醚的烷基化反应，研究反应过程中各种条件参数的影响，以期达到提高反应转化率和异构体产物的选择性、提升产品质量、优化反应条件，以及催化剂高效优质的研究目的。研究的主要内容及基本结论如下：1．氧化锆固体超强酸的制备与催化芳香

族化合物与长链烯烃的烷基化反应研究，考察了锆源的选择、水解的温度、锆盐沉淀过程碱性物种的选择和滴加速度、碱化过程中的pH 值、沉淀陈化的温度和时间、氯离子存在与否、酸促进剂的种类和浓度、酸处理氧化锆的方式和时间、煅烧温度和时间等合成条件对最终制备的样品的催化性能的影响，其结果证明pH值、氧化锆的晶型、酸促进剂的浓度和处理时间、煅烧的温度和时间是制备过程中的关键因素，对催化剂的活性起决定性作用。在苯与1-十二烯的烷基化反应中，以氧摘要化错固体超强酸作为催化剂，设定条件参数为苯与1一十二烯的摩尔比10，353K，常压下反应1小时可得最好的实验结果。反应转化率100%，产品直链度100%，2位与3位异构体选择性高于60%，并克服了固体超强酸一次使用完全失活的缺点;在二苯醚与1一十二烯的烷基化反应中，在醚烯摩尔比5，温度343K、常压的反应参数下反应2小时得最佳的实验结果，反应转化率到达了67%以上，产物为单取代烷基二苯醚单一产品，均优于目前使用的无水三氯化铝催化剂;2.离子液体催化苯、二苯醚与1一十二烯的烷基化反应，设计合成了胺盐类、咪哇类阳离子与Aic卜一、Fea4-、PFe’、B凡‘、5042一、c几503一等阴离子两两组合而成的催化体系，研究不同阴阳离子的摩尔配比对离子液体催化剂催化性能的影响，得出在氯铝酸盐离子液体中，阴阳离子的摩尔比例为2的离子液体具有低温高活性的特点。氯铝酸盐阴离子组成的离子液体催化剂可在室温、常压条件下在1分钟内催化苯与1一十二烯的烷基化反应，原料中苯与1一十二烯的摩尔比例为10，单取代产品的直链度达到100%，2、3

位异构体的选择性在60%以上，反应完毕后离子液体与反应体系自动分层，使分离过程简单易行。在催化二苯醚与1一十三烯的烷基化反应实验中，最佳操作条件为常压下323K反应2小时，反应转化率达到84%以上，单取代产物选择性1《X)%。3.多金属含氧簇合物及负载多金属含氧簇合物催化苯、二苯醚与基化反应，合成具有结构的四种多金属含氧簇合物，1一十二烯的烷为了克服多金属含氧簇合物过低的比表面积的限制，通过考察多种类型的载体，确定了SBA一15这一类新型的厚壁介孔分子筛材料作为主要研究的载体，它具有水热稳定性高、孔径大小可调、比表面积大、长程有序的六角形孔道等特点。采用真空吸附的新型负载方法，将磷钨酸纳米粒子组装到SBA.15的孔道之内，实验证明当磷钨酸负载于这类载体材料上之后，其催化活性较未负载的磷钨酸本体有了较大提升，相比于传统的浸渍法负载，真空吸附法制备的催化剂磷钨酸与载体之间的相互作用更强，负载量更多、吸附更牢固。实验中考察了负载量、孔径大小等因素的影响，结果证明以7一8个纳米孔径的今华庆顺应才学麟士学世般戈摘要SBA-15分子筛负载质量百分比在10一20%内的催化剂性能最佳，在反应前不需要活化即能表现出很高的催化活性。对于苯与1一十二烯的烷基化反应，催化剂用量少，原料与催化剂摩尔比2000。在考察了反应温度、时间以及原料中苯烯摩尔比等条件参数的基础上，得到最佳反应条件为:苯与1一十二烯摩尔比10，351K，常压下反应30分钟。以1一十二烯计算转化率100%，产品直链度100%，2、3位异构体选择性合计在57%以上。负载磷钨酸催化剂催化二苯醚与1

一十二烯的烷基化反应的较适宜反应条件为343K常压下反应2小时，醚与烯的摩尔比为5。反应的转化率在70%以上，产物为单一的十二烷基二苯醚，选择性100%。由上述结论可见，针对与芳香族化合物与长链?【关键词】：苯二苯醚1-十二烯烷基化催化固体酸催化剂氧化锆固体超强酸离子液体三氯化铝多金属含氧簇合物SBA-15分子筛负载活性制备表征

【学位授予单位】：华东师范大学

【学位级别】：博士

【学位授予年份】：2004

【分类号】：O643.3

【目录】：摘要9-12Abstract12-14第一章绪论14-481.1烷基化反应的背景及其意义14-211.1.1烷基化反应的意义14-181.1.2传统的烷基化反应催化剂181.1.3传统烷基化反应催化剂的缺点18-191.1.4适应绿色化学时代要求，取代传统液体酸催化剂的途径19-211.2取代烷基化反应液体酸工艺的固体酸催化剂的研究进展21-331.2.1固体酸催化剂的优势21-221.2.2传统固体酸的改进22-231.2.3沸石分子筛类固体酸催化剂23-271.2.4有机固体酸(酸离子交换树脂、全氟磺酸)27-281.2.5多金属含氧簇合物28-301.2.6固体超强酸催化剂301.2.7离子液体30-331.3本研究工作的目的与内容33-391.3.1本研究工作的目的

361.3.2本研究工作的方法与内容36-39参考文献39-48第二章实验部分48-642.1化学试剂482.2反应及产物分析48-612.2.1苯与1-十二烯的烷基化反应48-492.2.2十二烷基苯的分析测试49-572.2.3二苯醚与1-十二烯的烷基化反应572.2.4十二烷基二苯醚的分析测试57-612.3催化剂的表征61-63参考文献63-64第三章氧化锆固体超强酸催化剂的制备及其在烷基化反应中的应用64-913.1前言64-663.2氧化锆固体超强酸的设计与制备66-673.2.1由ZrCl_4起始制备无定型、单斜、立方、四方和介孔ZrO_2载体材料66-673.2.2硫酸促进ZrO_2超强酸的制备673.3氧化锆固体超强酸催化苯与1-十二烯的烷基化反应67-773.3.1不同制备条件所得催化剂对烷基化反应的影响67-743.3.1.1锆源碱化沉淀pH值的影响因素683.3.1.2氯离子(Cl~-)的影响683.3.1.3不同氧化锆晶型的影响因素68-693.3.1.4酸促进剂浓度的影响因素69-713.3.1.5酸促进剂处理时间的影响因素713.3.1.6煅烧温度的影响因素71-723.3.1.7煅烧时间的影响因素723.3.1.8催化剂的保存72-733.3.1.9其它制备条件的考察73-743.3.2不同反应条件下烷基化反应的结果74-773.3.2.1反应温度753.3.2.2反应时间753.3.2.3反应压力75-763.3.2.4原料摩尔比763.3.2.5催化剂寿命76-773.4氧化锆固体超强酸催化二苯醚与1-十二烯的烷基化反应77-813.4.1不同制备条件所得催化剂对烷基化反应的影响77-793.4.1.1锆源的影响77-783.4.1.2锆源碱化沉淀pH值的影响783.4.1.3酸促进剂浓度的影响78-793.4.1.4催化剂煅烧温度和时间的影响793.4.1.5其他制备条件793.4.2不同反应条件下烷基化反应的结果79-813.4.2.1反应温度

79-803.4.2.2反应时间80-813.5氧化锆固体超强酸催化剂的表征81-883.5.1比表面与孔径81-843.5.2傅立叶变换红外光谱84-863.5.3差热-热重分析86-873.5.4X-射线粉末衍射87-883.6本章小结88-89参考文献89-91第四章离子液体及其固载催化剂的制备和它在烷基化反应中的应用91-1144.1前言91-924.2离子液体及其固载型催化剂的设计与制备92-944.2.1不同种类离子液体的制备92-934.2.2氯铝酸离子液体的固载化93-944.3离子液体及其固载型催化剂催化苯与1-十二烯烷基化反应94-1024.3.1催化剂合成条件对反应的影响94-994.3.1.1阳离子的影响94-964.3.1.2阴离子的影响96-974.3.1.3阴阳离子比例97-984.3.1.4不同方法固载的催化剂98-994.3.2反应条件的影响99-1024.3.2.1苯烯摩尔比99-1004.3.2.2寿命实验100-1024.3.2.3隔绝空气1024.4离子液体及固载催化剂催化二苯醚与1-十二烯的烷基化反应102-1074.4.1催化剂合成条件对反应的影响102-1044.4.1.1阳离子的影响102-1034.4.1.2阴离子的影响1034.4.1.3阴阳离子比例103-1044.4.2反应条件的影响104-1074.4.2.1反应温度104-1054.4.2.2反应时间105-1064.4.2.3二苯醚与1-十二烯摩尔比106-1074.5催化剂表征107-1114.5.1傅立叶变换红外光谱107-1094.5.2差热-热重分析109-1114.6本章小结111-112参考文献112-114第五章多金属含氧簇合物和负载多金属含氧簇合物催化剂的制备及其在芳香族化合物烷基化反应中的应用研究114-1535.1前言114-1165.2杂多化合物及其负载型催化剂的设计与制备116-1175.2.1不同种类Keggin结构杂多化合物酸的制备1165.2.2负载型杂多酸催化剂的制备116-1175.3催化剂

表征117-1305.3.1比表面与孔径分布117-1215.3.2傅立叶变换红外光谱121-1225.3.3差热-热重分析122-1255.3.4X-射线粉末衍射125-1265.3.5透射电子显微镜1265.3.6氨气吸附脱附红外表征126-1285.3.7氨气吸附程序升温脱附128-1305.4杂多化合物及其负载催化剂催化苯与1-十二烯的烷基化反应130-1455.4.1不同制备条件所得催化剂对烷基化反应的影响130-1385.4.1.1不同种类的杂多酸130-1325.4.1.2不同载体的影响132-1335.4.1.3不同负载方法的影响133-1345.4.1.4负载量的影响134-1365.4.1.5载体孔径的影响136-1375.4.1.6某一特殊情况137-1385.4.2不同反应条件下烷基化反应的结果138-1455.4.2.1反应温度138-1395.4.2.2反应时间139-1415.4.2.3原料摩尔比141-1425.4.2.4原料、催化剂摩尔比1425.4.2.5催化剂活化142-1435.4.2.6寿命实验143-1455.5杂多酸及其负载催化剂催化二苯醚与1-十二烯的烷基化反应145-1495.5.1不同制备条件所得催化剂对烷基化反应的影响145-1475.5.1.1不同种类的杂多酸1455.5.1.2不同载体的影响145-1465.5.1.3负载量的影响1465.5.1.4杂多酸活化温度的影响146-1475.5.2不同反应条件下烷基化反应的结果147-1495.5.2.1反应温度1475.5.2.2反应时间147-1485.5.2.3原料摩尔比148-1495.6本章小结149-150参考文献150-153第六章结论153-158附录论文发表情况158-159致谢159 本论文购买请联系页眉网站。

固体酸催化剂的分类以及研究近况

固体酸催化剂的分类以及研究近况 刘庆辉,詹宏昌,汤敏擘 (广东省安全科学技术研究所评价中心,广州510620) 摘　要:固体酸作为一种新型绿色环保型催化剂引起了人们的广泛关注。到目前为止,已经开发出固载化液体酸、简单氧化物、硫化物、金属盐、沸石固体酸、杂多酸固体酸、阳离子交换树脂、粘土矿、固体超强酸等九类固体酸。笔者在综合国内外的研究近况的基础上,提出了对固体酸催化剂研究的展望。 关键词:固体酸;催化剂;近况 Classif ication and R esearch Development of Solid Acid C atalyst L IU Qi ng2hui,ZHA N Hong2chang,TA N G M i ng2bo (Safety Assessment Center,Guangdong Institute of Safety Science&Technology,Guangzhou510620,China) Abstract:Recently,solid acids as new green catalysts have attracted considerable attention.By far,nine kinds of solid acids,such as solid2supported liquid acid,ordinary oxid,sulfide,salt,zeolite solid acid,cation ex2 change resin,clunch and solid superacid had been developed.The prospects for solid acids were proposed on the base of colligating recent domestic and abroad researching. K ey w ords:solid acids;catalyst;research development 固体酸是近年来研究与开发的一种新型酸催化剂,也是具有广泛的工业应用前景的环境友好的催化剂之一,因而对固体酸的研究具有十分重要的意义,成为当前催化研究的热点之一[1]。根据固体酸催化剂的特点进行分类,讨论了各种固体酸的研究近况,并在此基础上提出了对固体酸催化剂研究展望。1　固体酸催化剂的分类 1979年日本科学家Hino等人首次合成出SO42-/Fe2O3固体酸,引起了人们的广泛重视,人们便对固体酸进行了大量研究,并合成了一系列SO42-/WxOy固体酸体系催化剂。到目前为止,开发出的固体酸大致可分为九类[2],见表1。 表1　固体酸的分类 序号酸类型实例 1固载化液体酸HF/Al2O3,BF3/AI2O3,H3PO4/硅藻土 2氧化物简单:Al2O3,SiO2,B2O3,Nb2O5 复合:Al2O3-SiO2,Al2O3/B2O3 3硫化物CdS,ZnS 4金属盐磷酸盐:AlPO4,BPO4 硫酸盐:Fe2(SO4)3,Al2(SO4)3,CuSO4 5沸石分子筛ZSM-5沸石,X沸石,Y沸石,B沸石 丝光沸石,非沸石分子筛:AlPO SAPO系列 6杂多酸H3PW12O40,H4SiW12O40,H3PMo12O40 7阳离子交换树脂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物Nafion-H 8天然粘土矿高岭土,膨润土,蒙脱土 9固体超强酸SO42-/ZrO2,WO3/ZrO2,MoO3/ZrO2,B2O3/ZrO2 作者简介:刘庆辉,男,湖南人,硕士研究生,2006年毕业于华南理工大学化工学院,师从博士生导师,彭峰教授,同年5月进入广东省安全科学技术研究所工作,主要从事于化工企业管理,安全评价,危险化学品从业单位安全标准化考评等工作。目前发表或接收的论文4篇,其中1篇被SCI(网络版)收录。

新型固体酸催化剂的设计、制备及其在烷基化反应中的应用研究

新型固体酸催化剂的设计、制备及其在烷基化反应中的应用研究【摘要】：苯与长链烯烃烷基化反应制得的直链烷基苯、二苯醚与烯烃烷基化反应生成的烷基二苯醚是两类重要的工业反应中间体，它们经进一步的磺化、中和过程生产的烷基苯磺酸盐和烷基二苯醚磺酸盐是优良的阴离子表面活性剂，是现代合成洗涤剂工业产品中的主要成分。为适应当代环境保护的要求，化学工业必须走可持续发展之路，这就要求这两类工业烷基化反应采用新型的环境友好催化剂以取代传统的液体酸催化剂，同时提高产品的质量，增加可生物降解的直链烷基苯2位和3位异构体选择性，防止洗涤废液对环境造成污染。取代传统液体酸催化体系的途径，主要集中在催化剂的选择上，其中包括多种无机固体酸和有机固体酸，目前这些固体酸催化材料存在的主要缺点是反应选择性不高、反应条件苛刻以及催化剂失活等问题。本论文工作选取了氧化锆固体超强酸、离子液体和负载杂多化合物三种类型的催化材料加以研究。考察制备过程中各种影响因素的作用，并对所制备的催化剂进行傅立叶变换红外光谱、差热-热重、比表面与孔径分布、X射线粉末衍射等表征，通过利用氨气吸附红外光谱、氨气吸附-程序升温脱附等手段研究了固体酸的酸性质；将所制备的新催化材料应用于苯／二苯醚的烷基化反应，研究反应过程中各种条件参数的影响，以期达到提高反应转化率和异构体产物的选择性、提升产品质量、优化反应条件，以及催化剂高效优质的研究目的。研究的主要内容及基本结论如下：1．氧化锆固体超强酸的制备与催化芳香

族化合物与长链烯烃的烷基化反应研究，考察了锆源的选择、水解的温度、锆盐沉淀过程碱性物种的选择和滴加速度、碱化过程中的pH 值、沉淀陈化的温度和时间、氯离子存在与否、酸促进剂的种类和浓度、酸处理氧化锆的方式和时间、煅烧温度和时间等合成条件对最终制备的样品的催化性能的影响，其结果证明pH值、氧化锆的晶型、酸促进剂的浓度和处理时间、煅烧的温度和时间是制备过程中的关键因素，对催化剂的活性起决定性作用。在苯与1-十二烯的烷基化反应中，以氧摘要化错固体超强酸作为催化剂，设定条件参数为苯与1一十二烯的摩尔比10，353K，常压下反应1小时可得最好的实验结果。反应转化率100%，产品直链度100%，2位与3位异构体选择性高于60%，并克服了固体超强酸一次使用完全失活的缺点;在二苯醚与1一十二烯的烷基化反应中，在醚烯摩尔比5，温度343K、常压的反应参数下反应2小时得最佳的实验结果，反应转化率到达了67%以上，产物为单取代烷基二苯醚单一产品，均优于目前使用的无水三氯化铝催化剂;2.离子液体催化苯、二苯醚与1一十二烯的烷基化反应，设计合成了胺盐类、咪哇类阳离子与Aic卜一、Fea4-、PFe’、B凡‘、5042一、c几503一等阴离子两两组合而成的催化体系，研究不同阴阳离子的摩尔配比对离子液体催化剂催化性能的影响，得出在氯铝酸盐离子液体中，阴阳离子的摩尔比例为2的离子液体具有低温高活性的特点。氯铝酸盐阴离子组成的离子液体催化剂可在室温、常压条件下在1分钟内催化苯与1一十二烯的烷基化反应，原料中苯与1一十二烯的摩尔比例为10，单取代产品的直链度达到100%，2、3

流态化技术

流态化技术 第一章 定义：流态化是一种使固体颗粒通过与气体或液体（流体）接触而转变成类似流体状态的操作。 一、流态化形成的过程 1．固定床阶段 气流对颗粒的曳力 + 气流对颗粒的浮力 < 颗粒受到的重力 床层体积固体颗粒总体积 床层体积空隙率-=ε 2．流态化床阶段 气流对颗粒的浮力 = 颗粒受到的重力 压降△P = 单位截面积上床层物料的重量 不变不变，但P L L U ?∴-↑↑→↑→)1(εε 3.气力输送阶段 (气流床） 气流对颗粒的曳力 + 气流对颗粒的浮力 > 颗粒受到的重力 Umf ——临界流化速度，是指刚刚能够使固体颗粒流化起来的气体空床流化速度，也称最小流化速度。 Ut ——带出速度，当气体速度超过这一数值时，固体颗粒就不能沉降下来，而被气流带走，此带出速度也称最大流化速度。 操作速度、表观流速（U ）——是指假想流体通过流化床整个截面（不考虑堆积固体粒子）时的截面平均流速（也称空塔速度或空管速度），用U 表示。 注意P2图1.2两条线不重合的原因：该页第四段（非自然堆积） 二、形成流态化的条件 1.有固体颗粒存在 2.有流体介质存在3．固体与流体介质在特定条件下发生作用 三、流态化过程具有的特点 1.类似液体的特性（物性参数） 2.固体颗粒的剧烈运动与迅速混合 3. 强烈的碰撞与摩擦 4.颗粒比表面积大 5.气体与颗粒的接触时间不均匀 四、流态化过程中的不正常现象 1．沟流2.腾涌 3.分层 4.气泡 五、气-固流化床的一般性评价 1．良好的床层均温性 2．较高的传热传质速率 3．输送能力大 4．可利用或加工粉末状物料 流态化可以分为聚式流化态和散式流化态。 气泡相：就是内部几乎没有固体颗粒，仅在其边壁或 外表面 有固体颗粒环绕的运动空间 乳化相：指的是固体颗粒与气体介质的混合区域 第二章 A 类： 细 大多数工业流化床反应使用的催化剂属于此类。 B 类: 粗 鼓泡床大都用此颗粒 C 类： 极细 在气固催化反应中很少采用，但同相加工中采用较多，如明矾综合利用。 D 类：极粗 只适用于喷动床中，如谷物干燥和煤粒燃烧均属于此类 书上图2.4分析理想与实际的区别 （1）存在一个“驼峰”BCD ，原因：初始时颗粒排列紧密 （2）DE 线右端向上倾斜，原因：颗粒间碰撞和颗粒与器壁摩擦引起的损失 （3）有波动（气固系统），原因：气泡运动、破裂 积相等球体体积与实际颗粒体颗粒的表面积 球体的表面积)(=s φ 算术平均粒径最大 几何平均粒径次之 调和平均粒径最小 （会选择公式） 通常求临界流化速度的两种方法：实验和计算P19 例题 已知催化剂颗粒的平均直径为98um ，在20℃ 和0.1MPa （1atm ）下用空气进行流化。有关物性参数如下：

异丁烷与烯烃的固体酸烷基化工艺

异丁烷与烯烃的固体酸烷基化工艺 2008.12.12 08:59:23 化工在线 放大字体缩小字体打印本页 化工在线12月12日讯:（1）InAlk和NexOctane间接烷基化工艺。InAlk(间接烷基化)是以丁烯为主要原料，经过二聚反应和加氢反应来生产异辛烷(类烷基化油)的化学过程。 UOP的InAlk工艺以C4烯烃为原料，进行烯烃二聚或异丁烯与烯烃迭合反应，生成分子量较大的异构烯烃混合物，然后再加氢生成类烷基化油。该工艺主要包括丁烯二聚、异辛烯加氢饱和及产物抽提3大部分。InAlk工艺在烯烃聚合时根据原料的不同而选用不同的催化剂。酸性阳离子交换树脂( AIER)主要用于异丁烯，固体磷酸( SPA)则适用于正丁烯。以异丁烯为原料生产高辛烷值汽油调和组分时，其聚合反应典型的操作条件为93 - 260℃，0. 68 MPa，空速0.8 -5.0 h-1。加氢过程采用碱金属或贵金属类催化剂，贵金属催化剂的反应性能优越，转化率高，但投资成本也相对较高，且对原料中的污染物比较敏感。从产品性能的比较来看，InAlk烷基化油的平均RON值(约97.7)高于传统烷基化油(93 -95) ，而其RVP值则比传统烷基化油低4-21 kPa。 InAlk烷基化油比传统烷基化油更能满足RFG的质量要求。此外，MTBE装置较易用InAlk工艺进行改造，且改造投资较低。采用AIER催化剂时，聚合反应器可用原MTBE反应器，在其中进行含氧化合物和水合树脂的稀释;原系统的含氧化合物回收单元可用于AIER 的再生。改造只需在脱了烷塔后增加烯烃饱和单元，用以将塔底产物转化为烷基化油。采用SPA催化剂时，原有系统基本上不需改造。 Fortum/KBR的NexOctane工艺是利用闲置MTBE装置，以异丁烯为原料生产类烷基化油，主要反应过程和InAlk工艺相同。二聚反应采用简单的固定床绝热反应器，以AIER(工业牌号Amberlyst1042)为催化剂。在反应过程中，添加叔

固体酸催化剂的研究进展

炭基固体酸催化剂的研究进展 摘要 酸催化反应在化工工业生产中广泛应用，目前工业上硫酸、盐酸等液体酸催化剂使用较普遍，液体酸存在一次性消耗大、对设备腐蚀严重、后处理困难，对环境污染较大等缺点。固体酸催化剂作为一种新型的环保材料，在化工生产中的应用变得越来越广泛，主要用于缩酮缩醛反应、水解反应、烷基化反应、酯化反应等。其中，炭基固体酸催化剂是近年来较为热门的研究课题，以葡萄糖、淀粉、蔗糖、纤维素作为原料在一定条件下制备新型固体酸催化剂。炭基固体酸催化剂酸量高、催化活性和选择性好、易回收再生使用和对设备腐蚀性小等优点。本文简单介绍生物质炭基固体酸催化剂的制备原料、分类及制备方法，分析其作为催化剂的作用机理，简述炭基固体酸催化剂的现状并展望其发展前景及方向。 （正文部分） 碳基固体磺酸作为一种新型的固体酸催化剂，具有催化活性高、酸密度大、后处理简单、价格低廉等优点。目前碳材料种类繁多且存储量巨大，其中木纤维原料作为碳材料的一种，是可再生能源，在环境、能源状况日渐恶化的今天具有重要利用价值。炭基固体酸催化剂指的是以炭材料为载体，在其表面上负载一些酸性基团或者固体酸，使其具备液体的B 酸及L 酸活性中心。由于炭材料具有疏水性的特点，使得反应后的分离操作变得简单且催化剂易于回收，其巨大的比表面积能够提高其催化活性，近年来，有关炭基固体酸的研究在国内外均有报道。 1.炭基固体酸分类 以炭基固体酸载体的不同可将其分为两类：一类为以碳材料为载体，在其表面键合上 -SO3H 基团的磺化碳固体酸；另一类为以活性炭为载体，在其表面负载上杂多阴离子的活性炭载杂多酸催化剂。 根据结构不同可以将磺化碳基固体酸分为普通碳基固体酸、多孔碳基固体酸和有序中孔碳基固体酸三种。普通碳基固体酸的孔道结构为大孔，比表面积一般小于5 m2/g,这种材料以无定型炭的形式存在，孔道无序排列；多孔碳基固体酸的孔道大部分都为中孔，比表面积可达到1000m2/g以上，孔道无序排列，孔径分布和比表面积的大小由制备方法决定；有序中孔碳基固体酸的孔道为中孔，比表面积一般高于400 m2/g，这些孔道以一定的形状有序排列，孔道形状、孔径大小和比表面积由模板剂类型和制备方法决定。 2.炭基固体酸原料及制备方法 2.1炭基固体酸催化剂的原料 炭基固体酸催化剂的原料与其他固体酸催化剂相比，成本较低、原料来源广泛。杂多酸

第五节 固体流态化

第五节固体流态化 §3.5.1、概述 将大量固体颗粒悬浮于运动的流体中，使颗粒具有类似于流体的某些特性，这种流固接触状态称为固体流态化。 化工中使用固体流态化技术的例子很多，如催化流化床反应器、流化床干燥器、沸腾床焙烧炉及颗粒的输送。催化流化床反应器所用的催化剂颗粒要比固定床的小得多，颗粒的比表面积大，这样流体与固体之间的传热，传质速率就比固定床的高；对于流化床干燥器沸腾床焙烧炉也有类似的特点。 §3.5.2、流化床的基本概念 现在让我们一起来观察流体通过均匀颗粒时所出现的床层现象。 一、固定床阶段 当空床速度（表观速度）较低，此时

即颗粒间空隙中流体的实际流速 小于颗粒的沉降速度 ，床层现象为颗 粒基本静止不动，颗粒层为固定床。颗粒床层高度为 ，此时流体通过颗粒床 层的压降为： ，可以用康采尼方程来估算； 在较大的 范围内，可以用欧根方程来估算，一般误差不超过 25%。 保持固定床的最大表观速度 二、流化床阶段 流化床阶段为表观速度增大至一定程度， 时，此时 ， 颗粒开始松动，颗粒位置可以在一定的区间内进行调整，床层略有膨胀，当 颗粒仍不能自由运动，这时床层处于初始或临界化状态，床层高度增至 ，如 左图所示，而当继续增加，即

此时床内全部颗粒将“浮起”，颗粒层将更膨胀，床层高度增大至L，床层内颗粒可以在流体中作随机运动，并同时发生固体颗粒沿不同的回路作上下运动，固体颗粒的这种运动就好象液体沸腾，故流化床也称为沸腾床。流化床内颗 粒与流体之间的摩擦力恰好与颗粒的净重力 相平衡，且 ，但 基本不变。 三、颗粒输送阶段 若继续增大，且 ，则颗粒将获得向 上上升的速度，其大小为 ， 此时，颗粒将带出容器外，这一阶段称为颗粒输送阶段。§3.5.3、两种不同流化形式

催化剂的设计

存檔日期：存檔編號: 北京化工大學 研究生課程論文 課程名稱：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 課程代號：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 任課教師：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 完成日期：＿＿＿＿年＿＿＿月＿＿＿日 專業：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 學號：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 姓名：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 成績：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

提高中光催化水分解光催化材料效率的半導體異質結型催化劑CaFe2O4–PbBi2Nb1.9W0.1O9設計 一、設想的描述 1、光催化水分解的目的及應用價值。 氫能已被普遍認為是一種理想、無污染的綠色能源，其燃燒值高且燃燒後唯一的產物是水，對環境不會造成任何污染，因此，氫能開發是解決能源危機和環境問題的理想途徑。在眾多氫能開發的手段和途徑中，通過光催化劑，利用太陽能光催化分解水制氫是最為理想和最有前途的手段之一；而開發高效、廉價的實用光催化劑是實現這一過程的關鍵，也成為當前國際能源材料領域的研究熱點之一。 2、光催化分解水反應機理 像其他的催化反應一樣,光催化水的分解開始當一個半導體催化劑開始吸收比它的帶隙能量強的光子。這些吸收使得處於導帶的電子被激發並且在半導體的價電子帶產生了空穴就像圖1展示的那樣。[1]光電子和空穴氧化和還原水，產生了2：1混合著的氫氣和氧氣通過以下的反應。 氧化反應：H2O + 2h+→2H+ + 1/2O2(1) 還原反應：2H+ + 2e?→H2 (2) 總的反應方程式：H2O →H2 + 1/2O2 (3) 總的反應方程包括四個電子轉移（每生成摩爾氧氣）通常是通過金屬和金屬氧化物助催化劑（在圖中用cat1和cat2表示）附著在半導體表面。這些助催化劑為催化反應提供電子和反應的活性中心。[2]這個反應包括標準Gibbs自由能變化△G=237KJ/mol（1.23eV每轉移一個電子）。實際上，一些超電勢可以加速

(推荐)固体酸催化剂

固体酸催化剂 酸碱催化剂中的一类重要催化剂，催化功能来源于固体表面上存在的具有催化活性的酸性部位，称酸中心。它们多数为非过渡元素的氧化物或混合氧化物，其催化性能不同于含过渡元素的氧化物催化剂。这类催化剂广泛应用于离子型机理的催化反应，种类很多（见表）。此外，还有润载型固体酸催化剂，是将液体酸附载于固体载体上而形成的，如固体磷酸催化剂。 中文名固体酸催化剂 功能来源催化活性的酸性部位特点一类重要催化剂 性质酸中心、酸强度和酸度 与固体酸的催化行为有重要关系的性质是酸中心、酸强度和酸度。 ①表面上的酸中心可分为B-酸与L-酸（见酸碱催化剂），有时还同时存在碱中心。可用下式示意地表示氧化铝表面上的酸中心的生成： 红外光谱研究表明，800℃焙烧过的γ-Al2O3表面可有五种类型的羟基，对应于五种酸强度不等的酸中心。混合氧化物表面出现酸中心，多数是由于组分氧化物的金属离子具有不同的化合价或不同的配位数形成的。 SiO2-Al2O3的酸中心模型 (见图)有多种模式。 ②酸强度，可用哈梅特酸强度函数 0来表示固体酸的酸强度，其值愈小，表示酸强度越高。③酸度，用单位重量或单位表面积上酸中心的数目或毫摩尔数来表示，又称酸度。 2应用 在同一固体表面上通常有多种酸强度不同的酸中心，而且数量不同，故酸强度分布也是重要性质之一。由某些固体酸的酸强度范围,可知SiO2-Al2O3、 B2O3-Al2O3等均有强酸性,其酸强度相当于浓度为90%以上的硫酸水溶液的酸强度。不同的催化反应对催化剂的酸强度常有一定的要求，例如在金属硫酸盐上进行醛类聚合、丙烯聚合、三聚乙醛解聚、丙烯水合,有效催化剂的酸强度范围分别为0≤3.3, 0≤1.5，0≤-3，-3< 0<+1.5。在同类型的催化剂上进行同一反应时, 催化活性与催化剂的酸度有关，例如在SiO2-Al2O3上异丙苯裂解，催化活性与催化剂的酸度有近似的线性关系。固体催化剂绝大多数为多孔物质，

实验六固体流态化的流动特性实验(精)

实验六 固体流态化的流动特性实验 一、 实验目的 在化学工业中，经常有流体流经固体颗粒的操作，诸如过滤、吸附、浸取、离子交换以及气固、液固和气液固反应等。凡涉及这类流固系统的操作，按其中固体颗粒的运动状态，一般将设备分为固定床、移动床和流化床三大类。近年来，流化床设备得到愈来愈广泛的应用。 固体流态化过程又按其特性分为密相流化和稀相流化。密相流化床又分为散式流化床和聚式流化床。一般情况下，气固系统的密相流化床属于聚式流化床，而液固系统的密相流化床属于散式流化床。 本实验的目的，通过实验观察固定床向流化床转变的过程，以及聚式流化床和散式流化床流动特性的差异；实验测定流化曲线和临界流化速度，并实验验证固定床压降和流化床临界流化速度的计算公式。通过本实验希望能初步掌握流化床流动特性的实验研究方法，加深对流体流经固体颗粒层的流动规律和固体流态化原理的理解。 二、 实验原理 当流态流经固定床内固体颗粒之间的空隙时，随着流速的增大，流态与固体颗粒之间所产生阻力也随之增大，床层的压强降则不断升高。为表达流体流经固定床时的压强降与流速的函数关系，曾提出过多种经验公式。现将一种较为常用的公式介绍如下： 流体流经固定床的压降，可以仿照流体流经空管时的压降公式（Moody 公式）列出。即 2 20u d H p p m m ρλ??=? （1） 式中，H m 为固定床层的高度，m 、d p 为固体颗粒的直径，m 、u 0为流体的空管速度，m ·s －1；ρ为流体的密度，Kg ·m －3；λm 为固定床的摩擦系数。 固定床的摩擦系数λm 可以直接由实验测定，根据实验结果，厄贡(Ergun)提出如下经验公式： ???? ??+???? ??-=75.1Re 150123m m m m εελ （2） 式中，εm 为固定床的空隙率；Re m 为修正雷诺数。Re m 可由颗粒直径d p ，床层空隙率εm ，流体密度ρ，流体粘度μ和空管速度u 0，按下式计算： m p m u d εμρ-?=11Re 0 （3） 由固定床向流化床转变式的临界速度u mf ，也可由实验直径测定。实验测定不同流速下的床层压降，再降实验数据标绘在双对数坐标上，由作图法即可求得临界流化速度，如图1所示。 ΔP mf u 0 图1流体流经固定床和流化床时的压力降 为计算临界流化速度，研究者们也曾提出过各种计算公式，下面介绍的为一种半理论半

固体超强酸制备

探究思路：两个要求：“保证活性高作为前提，以使用次数作为重要比较指标” 其实，一个固定酯化反应采用不同的固体超强酸（均以该酯化反应作为探究优化制备条件）作为催化剂，所得到的酯化效率差别不会大，只要肯花功夫、时间探究便可达到，所以探究重点摆在对比固体超强酸的稳定性上即提高其使用寿命，而使用寿命以催化活性高作为前提（不同催化剂间催化效用相差不大下，尽管催化效率较差点，但使用次数好，这也算是好催化剂），但在催化效用有一定情况下，探究使用寿命才有意义，随意首先需要探究出优化的固体超强酸的制备条件和酯化条件。 借助微波酯化反应探究最佳活性的催化剂制备条件，然后以活性最佳的催化剂探究微波酯化反应条件。 微波辐射酯化反应——“微波辐射催化合成乙酸正丁酯”： 用微波辐射技术以乙酸和正丁醇为原料，S2O2-8/M X O Y型固体超强酸为催化剂的酯化反应，最佳的微波合成条件为：催化剂用量2。0 g，酸醇物质的量的比为1。0∶2。0，微波功率为595 W，微波辐射时间为30 min，产率84。1%。 主要试剂和仪器：冰醋酸(CP)，正丁醇(AR)，微波炉，阿贝折光仪（或红外光谱波峰测试）实验过程： 在100 mL圆底烧瓶中加入5。7 mL(0。1 mol·L-1)的冰醋酸和9。1 mL(0。1 mol·L-1)的正丁醇（最适宜的酸醇比为1。0∶2。0），加入2。0 g催化剂，然后将圆底烧瓶装好回流冷凝管和搅拌装置，置于微波炉内。在搅拌下先以65 W的功率加热1 min，再以最适宜的微波功率是595 W，一定反应时间加热回流时间30 min。反应完毕取出圆底烧瓶，待反应物稍冷，过滤出催化剂，粗产品经提纯、干燥、蒸馏，收集124~126℃的馏分。称重，计算产率。 在合成反应中，有些反应是可逆反应生成水，为了提高转化率，常用带水剂把水从反应体系中分离出来。可作带水剂的物质必须要与水水作用产生共沸物使得水更易被蒸出，且在水中的溶解度很小.它可以是反应物或者产物，例如如:环已烯合成是利用产物与水形成共沸物;乙酸异戊酯合成中,反应初期利用原料异戊醇与水形成二元共沸物或原料,产物和水形成三元共沸物,并用分水器分水,同时将原料送回反应体系,随着反应的进行,原料减少,则利用产物乙酸异戊酯与水形成 二元共沸物. 带水剂也可以是外加的。反应物及产物沸点比水高但反应又产生水的，外加第三组分,但第三组分必需是对反应物和产物不起反应的物质,通常加入的第三组分有石油醚，苯甲苯,环已烷,氯仿,四氯化碳等。 在250mL单口平底烧瓶中加入10mL正丁醇、6mL乙酸,再加入适量的三氯化铁作催化剂,放入微波炉内,装上回流冷凝管及分水器,在一定功率微波连续辐射后停止反应。冷却至室温,用饱和食盐水洗涤,分出有机层,水洗至中性,用无水硫酸镁干燥,蒸馏,收集124℃~126℃的馏分,

固体酸催化剂

辽宁石油化工大学设计（论文） 题目固体酸催化剂的研究进展 学院化学化工与环境学部 专业班级研2016 姓名张健 学号01201608170432 2016 年11 月6日

摘要 固体酸催化剂具有对多种化学反应有较高活性与选择性、回收重复利用和效率较高等优点，作为绿色环境友好型催化材料备受人们关注。以往单纯追求眼前效益、不顾对环境所造成的危害的做法近年来越来越受到人们的批判。随着环保意识的增强，以及“绿色化学”的提出，越来越多的学者致力于开发效益兼顾环境、促使化学工业转向开发可持续发展的新型催化剂。催化剂在工业化生产上起着加速反应进行和提高产率的重要作用，其中酸催化剂在催化剂领域中得到了广泛的研究及应用。相比液体酸催化剂而言，固体酸催化剂具有广泛的工业应用前景，是一种无毒、不易腐蚀设备、可循环使用、环境友好型新型催化剂。本文着重介绍固体酸催化剂以及发展前景。 关键词：固体酸催化剂；活性；选择性；环保

1 绪论 1.1固体酸催化剂 固体酸催化剂是一种性能独特的酸性催化剂，它的出现使酸催化反应迈入了新的时代。首先固体酸催化剂的使用在一定程度上缓解和避免了均相反应所带来的不利因素的出现，其次由于其使用温度范围广，适用于700~800 K 进行的反应，这就将研究对象扩大到热力学上可进行的反应范围内。基于此，从19 世纪40年代开始，化学工作者们从未间断过对固体酸的研究。目前，已有大量应用于酸催化反应的固体酸[1-2]，见表1。 1.2 几类重要的固体酸催化剂 1.2.1 负载型催化剂 负载试剂于无机载体中即成负载试剂催化剂亦称负载型催化剂。1989 年负载试剂催化剂就已经实现了工业化，取得了良好的经济和环境效益，引领催化研究进入了崭新的阶段。采用一定的方法(如下表2)将活性物质固定在载体上即制成了负载型催化剂，按照负载物质的性质不同，可将其分为负载碱型催化剂、负载酸型催化剂和负载氧化物型催化剂。在负载型催化剂中，催化活性高于载体活性和试剂活性的简单组合，可以理解为，在负载过程中活性物质与载体的共同作用强化了催化作用，进而表现出高的催化活性与环境友好性。 1.2.2 蒙脱土负载试剂固体酸催化剂 蒙脱土又称微晶高岭石，是由两层Si—O 四面体和一层Al-O八面体，组成的层状硅酸盐晶体，有一定的微孔结构。蒙脱土很早就应用在有机反应中，但是涉及其对负载Lewis

固体流态化处理步骤

t1 22℃t2 22.6℃t 44.6 22.3℃ 997.701（密度）粘度0.9579 用内插法 求得粘度 0.95127 0.9358 Q u h1 h2 Δp l Δp/l 16 0.001587302 15.5 20.8 518.7346809 19.3 2687.744 461 20 0.001984127 15 21.3 616.609149 19.3 3194.866 057 28 0.002777778 13.3 22.7 920.0200001 19.3 4766.943 006 32 0.003174603 13.1 23.3 998.3195746 19.3 5172.640 283 36 0.003571429 12.4 23.9 1125.556383 19.3 5831.898 358 40 0.003968254 11.7 24.7 1272.368085 19.3 6592.580 753 52 0.00515873 9.8 26.8 1663.865958 19.3 8621.067 138 64 0.006349206 10 26.4 1605.141277 19.9 8066.036 567 76 0.007539683 9.8 26.5 1634.503617 20.5 7973.188 377 88 0.008730159 9.7 26.6 1654.078511 21 7876.564 338 100 0.009920635 9.8 26.7 1654.078511 21.4 7729.338 836 120 0.011904762 9.7 26.7 1663.865958 22.2 7494.891 701 124 0.012301587 9.7 26.7 1663.865958 22.3 7461.282 322 εm 平均Δp/l 6420.695 554 0.561411 518

催化剂设计

存档日期：存档编号: 北京化工大学 研究生课程论文 课程名称：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 课程代号：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 任课教师：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 完成日期：＿＿＿＿年＿＿＿月＿＿＿日 专业：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 学号：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 姓名：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 成绩：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

提高中光催化水分解光催化材料效率的半导体异质结型催化剂CaFe O4–PbBi2Nb1.9W0.1O9设计 2 一、设想的描述 1、光催化水分解的目的及应用价值。 氢能已被普遍认为是一种理想、无污染的绿色能源，其燃烧值高且燃烧后唯一的产物是水，对环境不会造成任何污染，因此，氢能开发是解决能源危机和环境问题的理想途径。在众多氢能开发的手段和途径中，通过光催化剂，利用太阳能光催化分解水制氢是最为理想和最有前途的手段之一；而开发高效、廉价的实用光催化剂是实现这一过程的关键，也成为当前国际能源材料领域的研究热点之一。 2、光催化分解水反应机理 像其他的催化反应一样,光催化水的分解开始当一个半导体催化剂开始吸收比它的带隙能量强的光子。这些吸收使得处于导带的电子被激发并且在半导体的价电子带产生了空穴就像图1展示的那样。[1]光电子和空穴氧化和还原水，产生了2：1混合着的氢气和氧气通过以下的反应。 氧化反应：H2O + 2h+→ 2H+ + 1/2O2(1) 还原反应：2H+ + 2e?→ H2 (2) 总的反应方程式：H2O → H2 + 1/2O2 (3) 总的反应方程包括四个电子转移（每生成摩尔氧气）通常是通过金属和金属氧化物助催化剂（在图中用cat1和cat2表示）附着在半导体表面。这些助催化剂为催化反应提供电子和反应的活性中心。[2]这个反应包括标准Gibbs自由能变化△G=237KJ/mol（1.23eV每转移一个电子）。实际上，一些超电势可以加速反应，所以半导体能承受的电压应该大于等于1.6-1.8eV在水的分解中。为了吸收更多的可见光的照射，半导体的电压应该小于2.2eV。除此之外，为了还原和氧化水,导带应该位于一个比水的还原电势更负的位置(0V NHE),然而价电子带应该比水的氧化态更正(1.23V NHE)如图1。因此，可见光下水分解的催化材料应该满足这两个关于带隙能量（1.6-1.8eV

催化剂工程设计论文

催化剂工程进展评述 杨闯 （北京化工大学，北京 102200） 摘要：催化剂工程是一门比较前言的新学科，在推动化学产业及其他工业产业的发展中有举足轻重的地位。在基于工业催化剂的生产制造、评价测试、设计开发和操作使用上，它涉及到多学科的交叉渗透。随着现代物理手段和电子计算机的介入，已经取得了新的发展。为了更好地认识和掌握该学科，促进催化剂在工业中应用，有必要研究其当前的的发展状况。 关键字：催化剂工程；评价测试；设计开发；操作使用；工业催化剂 The Reviewed of Catalyst Engineering Progress Yang Chuang （Beijing University of Chemical Technology，Beijing 102200，China） Abstract:Catalyst engineering is a comparative introduction of new discipline,and has a pivotal position in the development of the chemical industry and other industries .Based on the industrial catalyst evaluation test,design and development, and the use of operation,catalyst engineering involves multi-discipline cross penetration.With the intervention of modern physical means and computer,it has made a new development.In order to better understand and master the discipline,and promote the application of catalyst in industry ,it is necessary to study its current development situation. Key words：catalyst engineering;evaluation test；design and development；the use of operation；industrial catalyst 引言 20世纪下半叶以来，催化剂科学和技术飞速发展，催化剂的更新换代日新月异，新型催化剂已经渗透到石油炼制工业、化学工业、高分子材料工业、生物化学工业、食品工业、医药工业以及环境保护产业的绝大部分工艺过程中[1]。 经典的催化科学涵盖面广，然而，应用于化工生产的催化科学适于将其研究领域划分为工业催化剂和催化剂工程两个不同层次的子领域。前者偏重于工艺和普及，后者重于工艺和提高。目前，催化剂工程仍然是一门前言新学科，它立足于经典催化剂科学和化学动力学、化学反应工程学、计算机应用化学以及表面物理化学等多学科的交界面上，以工业催化剂的制造生产、评价测试、设计开发、操作使用等工程问题为其研究对象[2]，是化工行业专门人才所必备的基本知识。由于现代物理手段的介入，以及电子计算机用于化工催化，已经大大帮助了人们认清催化剂现象背后的物理化学本质，从而充实了催化剂理论的准确性以及预见性，并且大大提高了工业催化剂设计开发的速度、质量和效益，同时使之由长期以来的盲目定型试探，向精确的定量计算转化，进而由技艺型向科学型转化，这一发展形式已使人们看到了化工催化这一革命性转变的前兆。 需要指出的是，催化剂工程与我们所熟悉的化学反应工程既有联系又有区别。前者以研究反应器中运转的催化剂为主，后者则以研究工业反应器为主。一旦定型的工业反应器，其结构往往相对稳定，更新较慢。然而，催化剂定型生产后，换代开发却相当的频繁，随之而来的装置扩容、挖潜、节能、增效等成果就源源而来，而若将两者有机的结合起来，将会产生更多更好的研究成果来。 在本文中将从催化剂的制造生产、评价测试、设计开发和操作使用等方面的进展对催化剂工程进行简单评述。

固体流态化实验

4 固体流态化实验 实验目的 (1) 掌握测定颗粒静态床层时的静床堆积密度ρb 和空隙率ε的方法； (2) 测定流体通过颗粒床层时的压降Δp m 与空塔气速u 的曲线和临界流化速u mf ; 实验原理 4.2.1 固定床 1) 基本概念 当流体以较低的空速u 通过颗粒床层时床层仍处于静止状态，称这种固体颗粒床层为固定床。床层的静态特性是研究床层动态特性和规律的基础，其主要的特征有静床堆积密度ρb 和空隙率ε两个，它们的定义分别如下： 1. 静床堆积密度：ρb =M/V, 它由静止床层中的固体颗粒的质量M 除以静止床层的体积V 计算而得。ρb 数值的大小与床层中颗粒的堆积松紧程度有关，因此ρb 在流体通过颗粒床层时不是一个定值，如颗粒床层在最紧与最松两种极限状态时，ρb 就有两种数值，它们的大小在床层最紧与最松时分别测量出相应的床层高度就可以计算得到。 2. 静床空隙率ε : ε=1–(ρb /ρs ), 它是由颗粒的静床堆积密度ρb 和固体颗粒密度ρs 计算而得。 2) 固定床阶段压降Δp m 与空速u 的关系 当流体通过固定床的空速较小时，床层的高度基本不变；当流体空速趋于某一临界速度时，颗粒开始松动，床层才略有膨胀。因此，在此临界速度以前，单位高度的床层的压降(Δp m /L)与空速u 的关系可由欧根公式来表示，并把欧根公式改写成如下形式： m m m d u K d K uL p ψ-+ψ-=?ρεεμεε322 321)1() ()1( (1) 式(1)中，以实验数据的空速u 为横坐标，以（Δp m /uL ）为纵坐标画图得一直线，从直线的 斜率中求出欧根系数K 2，从直线的截距中计算出欧根系数K 1。 4.2.2 流化床 1) 基本概念 当流体空速趋近某一临界速度u mf 时，颗粒开始松动，床层略有膨胀，床层高度有所增加；当空速继续加大，此时固体颗粒悬浮在流体中作上下、自转、摇摆等随机运动，好象沸腾的液体在翻腾，此时的颗粒床层称为流化床或沸腾床，临界速度u mf 称为起始流化速度。 流化床现象在一定的流体空速内出现，在此流速范围内，随着流速的加大，流化床高度不断增加，床层空隙率相应增大。流化床根据流体有性质不同，可分为以下两种类型。 1. 散式流化——若流化床中固体颗粒均匀地分散于流体中，床层中各处空隙率大致相等， 床层有稳定的上界面，这种流化型式称为散式流化。当流体与固体的密度相差较小时会发生散式流化，如液-固体系。 2. 聚式流化——对气固体系，因流化床中气体与固体的密度相差较大，气体对固体的浮力很小，气体对颗粒的支撑主要靠曳力，此时气体通过床层主要以大气泡的形式出现，气泡上升到一定高度处会自动破裂，造成床层上界面有较大的波动，这种气固体系的流态化称为聚式流化。 2) 流化床阶段压降Δp m 与空速u 的关系 1. 流化床层的压降Δp m 对散式流化，流化阶段床层修正压强降Δp m 等于单位截面积床层固体颗粒的净重，即 Δp m = m( ρs –ρ)g/(A ρs )=L(1–ε)( ρs –ρ)g (2)

固体超强酸系列催化剂制备

1. 稀土固体超强酸S2O82- / Sb2O3 / La3+催化剂制备： 将8g SbC13溶于40mL乙醇和20mL苯的混合液中，搅拌充分溶解后得透明锑醇液，再向溶液中加入10mL异丙醇，使醇化反应进行得更彻底，然后加入少量阴离子表面活性剂，并滴加氨水，使之发生水解反应，得到胶状沉淀，低温化12h左右，多次洗涤至无Cl-检出。滤饼于110℃烘干后，研磨过100目筛。搅拌下将Sb2O3浸渍在一定浓度的(NH4)2S2O8溶液中lh，用量为每克Sb2O3用15mL(NH4)2S2O8溶液，抽滤，烘干，置于马弗炉中焙烧，得S2O82-/ Sb203催化剂。将Sb2O3浸渍在一定浓度的(NH4)2S2O8和一定浓度的La(NO3)3的混合液1h，抽滤、烘干置于马弗炉在不同的温度和时间下焙烧，得一系列S2O82-/ Sb2O3 / La3+固体超强酸催化剂，置于干燥器中备用。以代号表示不同制备条件下所得催化剂。 参考文献：稀土固体超强酸S2O82- / Sb2O3 / La3+的制备及催化性能研究 舒华1，连亨池2，闫鹏2，文胜2，郭海福2 (1．学院生化系，554300；2．学院化学化工学院，526061) 稀土，2008.12（29卷第6期） 2. 稀土固体超强酸SO42-／TiO2-La2O3制备： 将一定量La203溶于浓度为3.0 mol·L-1的稀盐酸中，配成La3+溶液，再按一定量比量取TiC14与La3+溶液混合，用NH4·H 0[ w(NH3)=12％]水解至溶液呈碱性，控制pH值在8～9，沉淀完全，静置24 h后进行抽滤，并用蒸馏水不断洗涤至沉淀无Cl-存在(用0.1 mol·L-1的AgNO3检验)，于105℃烘干后研细．再将该粉末浸泡于浓度为0.8 mol·L-1的稀H2SO4中24 h，然后抽滤，放入干燥箱中在110℃烘干，于一定的温度下焙烧活化3 h，冷却后置于干燥器中备用。 参考文献：稀土改性固体超强酸催化剂SO42-/TiO2-La2 O3的制备及其催化性能 水金，黄永葵，白爱民，赘，聚堂

关于固体催化剂的讨论与分析

关于固体催化剂的讨论与分析 催化剂在化学反应中引起的作用叫催化作用。固体催化剂在工业上也称为触媒。催化剂自身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化;它和反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样，具有高度的选择性(或专一性)。一种催化剂并非对所有的化学反应都有催化作用，例如二氧化锰在氯酸钾受热分解中起催化作用，加快化学反应速率，但对其他的化学反应就不一定有催化作用。某些化学反应并非只有唯一的催化剂，例如氯酸钾受热分解中能起催化作用的还有氧化镁、氧化铁和氧化铜等等，氯酸钾制取氧气时还可用红砖粉或氧化铜等做催化剂。固体催化剂是现代催化技术发展的一个方向，其中最有代表性的当属固体酸、固体碱的工业化应用。 工业固体催化剂除必须具备尽可能高的活性、好的选择性以及长期稳定外，还必须具备较高的机械强度和良好的传热、传质、流体力学性质。 (1)活性 催化剂的活性是判断催化高低的标准。工业生产中常以在给定条件下，单位体积（或重量）催化剂在单位时间内所生成物重量，即所谓空时收率来表示活性。为了方便起见，常用在一定反应条件下（温度、反应物、浓度、空速等都固定）反应物转化的百分率（简称为转化率）来表示活性的大小。 (2)选择性 当化学反应在一定条件下可能有几个反应方向时，通常希望一种催化剂在一定条件下只对其中的一个反应方向其加速作用，这种专门对某一个人化学反应起加速作用的性能，称为催化剂的选择性。 (3)耐热和抗毒稳定性 耐热性：由于工业生产中操作条件不可能控制得十分精确，例如开工，停工时，操作温度会有变动，同时催化剂长期处于较高温度下，活性组分晶粒会因烧结而变大，使催化活性降低。因此工业催化剂需要有较宽温度范围的耐热性。 抗毒性：和实验室研究所用催化剂不同，工业催化剂所处理的原料往往含有较多的杂质，彻底清除这些杂质常常是不可能或是不经济的，因此工业催化剂需要较高的抗毒性，为此有时甚至还要牺牲一些活性 (4)机械强度