催化剂的制备与表征

《催化剂的制备与表征》课程教学大纲

课程名称：催化剂的制备与表征

英文名称：Preparation and characterization of catalyst

适用专业：工业催化专业

课程类型：专业任选课

课程性质：专业任选课

制定单位：工业催化教研室

一、课程教学的要求

1、明确催化的定义、催化基本原理，介绍催化的研究历史、应用、研究概况。

2、掌握催化剂材料的几种常用制备方法。

3、了解催化剂的宏观物性及其测试方法

4、掌握催化反应及催化反应动力学

5、了解催化剂的表征手段。

6、学习掌握催化剂表征仪器的基本原理。

7、了解催化剂表征仪器的结构。

8、掌握催化剂表征仪器的应用。

二、教学安排：

根据课时要求，16章内容可在第一学期（32学时）完成。

第一章　催化绪论（2学时）

教学目的：

明确催化的定义、催化基本原理，介绍催化的研究历史、应用、研究概况。

基本要求：

1、学习催化的定义

2、学习掌握催化基本原理

3、了解催化的研究历史和应用

4、了解中外催化科学研究概况

重点：

催化定义、基本原理

基本内容：

一、什么是催化

二、催化基本原理

三、催化的研究历史和应用

四、催化辉煌成就与新世纪的展望

五、中外催化科学研究概况

六、光催化原理和应用简介 

第二章　催化剂制备方法（14学时）

教学目的：

通过介绍催化剂的分类、主要组分设计，让学生学会制备催化剂，影响其合成的影响因素，通过调节影响因素，可以优化出性能优异的催化剂的制备条件。掌握催化剂材料的几种常用制备方法。 

基本要求：

1、了解各类方法制备催化剂的要点。

2、掌握各类方法制备催化剂的经典理论。

3、掌握各类方法制备催化剂的影响因素。

重点:

催化剂的一般制备方法。 

难点:

催化剂制备的理论指导和影响因素 

基本内容:

一、沉淀法

1.沉淀的生成

1.1晶核生成

1.2晶核生长

2.沉淀经典理论

2.1晶核生成热力学

2.2晶核生成动力学

2.3晶体生长动力学

2.4沉淀新理论

3.影响晶型沉淀的因素

4.晶型沉淀和非晶形沉淀条件

5.沉淀条件对载体和催化剂性能的影响

6.沉淀法的分类

7.沉淀操作单元设备

二、溶胶-凝胶法

1.基本概念

2.溶胶-凝胶法发展历程

3.溶胶-凝胶基本原理

4.溶胶-凝胶合成方法的适用范围

5.溶胶-凝胶工艺过程

6溶胶-凝胶合成方法应用举例

三、微乳液法

1.表面活性剂的基本知识

2.微乳液法的基本原理

3.微乳液法的影响因素

4.微乳液法制备纳米粒子

四、熔融法、混合法

1. 熔融法的定义

2. 熔融法的影响因素

3. 熔融法的适用对象

4. 混合法的定义

5. 混合法的影响因素

6. 混合法的适用对象

五、水热法

1.水热与溶剂热的基本概念

2.水热与溶剂热合成方法的发展

3.水热与溶剂热合成方法原理

4.水热与溶剂热合成工艺

5.水热与溶剂热合成方法应用实例

六、浸渍法

1. 载体

2. 浸渍法基本原理

3. 浸渍过程影响因素

4. 浸渍液配制

5. 竞争吸附

6. 活性组分的浓度分布

7. 浸渍数学模型

8. 浸渍条件对催化剂性能的影响

9. 浸渍操作过程中的工程问题

10. 浸渍操作单元设备

七、沉积-沉淀法、离子交换法、化学气相沉积法

1. 沉积-沉淀法的定义

2. 沉积-沉淀法的分类

3. 沉积-沉淀法的应用举例

4. 离子交换法的定义

5. 离子交换的应用举例

6. 化学气相沉积法的定义

7. 化学气相沉积法的应用举例

第三章 催化剂的宏观物性及其测试方法（2学时） 

教学目的：

掌握催化剂的颗粒分析、比表面积、吸附量、孔分布的测量方法。

基本要求：

1、了解颗粒度的概念、颗粒尺寸分布表示、颗粒度分析方法

2、了解催化剂的机械强度测量方法

3、掌握催化剂的颗粒分析、比表面积、吸附量、孔分布的测量方法。 

重点：

催化剂的颗粒分析、比表面积、吸附量、孔分布的测量方法

难点：

催化剂吸附量、孔分布的测定

基本内容：

一、催化剂的颗粒分析

1、颗粒度的概念

2、催化剂的颗粒尺寸分布表示

3、颗粒度分析方法

二、催化剂的机械强度

三、催化剂的比表面积计算

1、理论基础和基本概念

2、比表面的测量和计算

四、催化剂吸附量的测定

1、真空及其测量技术简介

2、自动吸附仪(成套仪器)

五、催化剂孔分布计算

1、孔结构特征

2、测定基础原理--开尔文方程

3、中孔(介孔) 孔结构分析

第四章　催化反应及催化反应动力学（2学时）

教学目的：

了解催化反应历程、常见催化反应器，掌握催化剂活性的表示方法、多相催化过程的传质。

基本要求：

1、掌握催化剂活性的表示方法。

2、了解常见催化反应器。

3、了解多相催化反应装置。

4、了解催化反应动力学模型和数据处理。

5、掌握多相催化过程的传质。

6、掌握催化剂的寿命和中毒原因。

7、了解多相催化反应历程。

重点：

多相催化过程的传质。

基本内容：

一、催化剂活性的表示方法

1、催化剂对反应物的转化率

2、产物的收率

3、催化剂对产物的选择性

4、反应速率

5、光催化矿化率

二、常见催化反应器

1、间歇式反应器

2、流动式反应器

3、脉冲反应器

三、多相催化反应装置

1、催化剂性能评价系统

2、怎样做催化反应?

四、催化反应动力学模型和数据处理

1、间歇式反应器动力学

2、活塞流式反应器动力学

3、活塞流式微分反应器动力学

4、外循环流动反应器动力学（无梯度反应器）

5、脉冲反应器动力学

五、多相催化过程的传质（扩散效应）

1、催化剂的几何结构

2、反应的动力学区和扩散区

3、外扩散效应

4、内扩散效应

六、催化剂的寿命和中毒

七、多相催化反应历程

第五章 催化剂的表征（12学时）

教学目的和要求：

1、了解催化剂的表征手段。

2、学习掌握催化剂表征仪器的基本原理。

3、了解催化剂表征仪器的结构。

4、掌握催化剂表征仪器的应用。

重点：

学习掌握催化剂表征仪器的基本原理、催化剂表征仪器的应用。

难点：

催化剂表征仪器的基本原理。

基本内容：

一、X射线粉末衍射（X-ray Powder diffraction，XRD）（2学时） 

1.晶体学基础

2.X射线的性质

3.X射线衍射分析原理

4.X射线衍射研究方法

5.X射线衍射分析的应用

二、红外光谱，拉曼光谱（2学时）

1、基本原理

2、各类有机化合物的红外特征吸收

3、有机化合物基团的特征频率

4、影响峰位置变化的因素

5、红外谱图解析及应用

6、拉曼光谱概述

7、拉曼光谱原理

8、拉曼光谱与红外光谱的关系

9、拉曼光谱仪器

10、拉曼光谱应用

11、拉曼光谱新发展

四、X射线光电子能谱学（2学时）

1、基本原理

2、测定方法

3、催化剂研究中的应用

五、热分析技术（2学时）

1.热分析技术概述

2.热重分析(TGA)

3.差热分析(DTA)

4.差示扫描量热(DSC)

5.热分析在高分子材料中的应用

六、程序升温分析技术（2学时）

1. TPAT技术概述

2. TPD

3. TPR

4. TPSR

5. TPO

6. TPAT装置介绍

7. TPAT实例应用

七、电镜（2学时）

1.透射电镜原理

2.透射电镜的结构

3.透射电镜的功能及发展

4.SEM特点

5.SEM的结构和工作原理

6.SEM的主要性能