催化剂的表征手段主要有哪些?在催化研究中有哪些应用?

题目

催化剂的表征手段主要有哪些?在催化研究中有哪些应用?

参考答案和解析
正确答案: 气相色谱技术:用于研究催化剂表面性质、吸附和脱附过程。
1.程序升温脱附法(TPD):表征固体酸催化剂表面酸性质;研究金属催化剂表面性质;研究脱附动力学参数。
2.程序升温还原法(TPR):表征金属催化剂金属间或者金属-载体间的相互作用以及还原过程。
3.氢氧滴定脉冲色谱法(HOT):测定金属的分散度。
热分析法:研究物质的量、物性和温度变化的关系。
1.差热分析法(DTA):峰位置可以作为鉴别物质或者其变化的定性依据;峰面积可以表征热效应的大小,是计量热效应的定量依据;峰形状可以得到有关动力学行为的信息。
2.热重分析法(TG):阶梯温度区间可以作为鉴别质量变化的定性依据;阶梯高度是进行各种质量参数计算的定量依据;阶梯斜度和反应速率有关,可以得到动力学信息。
3.差示扫描量热法(DSC):催化剂制备条件的选择,如焙烧温度、还原温度等;催化剂组成的确定;活性组分单层分散阈值;研究活性金属离子的配位状态和分布;研究活性组分和载体的相互作用;固体催化剂表面酸碱性表征;催化剂老化和失活的机理研究;沸石催化剂积炭行为的研究;吸附反应机理研究;多相催化反应动力学研究。
X射线衍射分析法(XRD):鉴定催化剂物相结构以及定量分析该物相;分析催化剂制备过程或者使用过程中的物相变化;和其他表征手段(DTA、TG、IR等)联合,结合催化反应数据,分析物相和反应特性之间的关系。
光谱法:对吸附分子进行表征,给出表面吸附物种变化及结构信息。
1.红外光谱法:可以研究附加振动、表面基团氧化物、分子筛、探针分子、不稳定吸附物和反应中间物等,具体有表面组成、表面结构、表面电荷密度分布、不同组分间的相互作用、不同活性中心的鉴别。
2.拉曼光谱法:沸石分子筛骨架结构的表征;负载氧化物催化剂的表征;吸附物种和表面吸附中心的研究;水相催化体系的研究。
显微分析法:
1.扫描电镜法(SEM):可以提供样品断口形貌、表面显微结构、薄膜内部的显微结构、微区元素分析和定量元素分析等。
2.透射电镜法(TEM):提供晶体形貌、分子量分布、微孔尺寸分布、多相结构、晶格和缺陷等。
3.扫描隧道显微镜法(STM):分辨单个原子、可用于表面结构研究和表面扩散等动态过程的研究可以观察表面缺陷、表面重构和表面吸附体的形态和部位、可以对原色和分子进行操纵。
4.原子力显微镜(AEM):显微技术应用于催化材料常规形貌检测、负载型催化剂表征、氧化物催化剂表征、沸石分子筛表征、碳纳米管的STM研究等。
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相似问题和答案

第1题:

催化剂次要组分的设计方法主要有哪些?


正确答案: 第一类方法是针对问题症结所在,运用催化科学的一般知识解决,着重于实用性、简易可行。
第二类方法是通过催化机理的研究,弄清催化作用细节,以便对催化剂进行最佳的精馏调节。

第2题:

杂多酸催化剂有哪些催化性能,有哪些特点?


正确答案: 兼有酸碱性和氧化还原性。
特点:可以通过杂多酸组成原子的改变来调节酸性和氧化还原性。
一些杂多酸化合物表现出准液相的行为,因而有一些独特的性质。
结构确定,兼具一般配合物和金属氧化物的主要结构特征,热稳定性好,在低温下不存在较高活性。
是一种环境友好的催化剂。

第3题:

催化剂表面积反映催化剂哪些性能及如何测定?


正确答案: 催化反应在催化剂表面进行,表面积对分散催化剂活性组分起重要作用,它与催化剂活性相关,但并不与活性成正比,因为活性表面只点总表面一部分,还有一部分表面由于孔径太小或传质方面原因没有发挥作用。表面积通过测定恒温下对惰性气体物理吸附量计算出来,也可以用X光小角散射强度来测定,单位m2/g。

第4题:

何为催化剂?表征催化剂的性能指标有哪些?作为工业催化剂的选择原则是什么?


正确答案: 能显著改变反应速率,而本身的质量及化学性质在反应前后保持不变的物质称为催化剂(catalyst)。
表征催化剂的性能指标主要有(1)催化剂的活性;(2)催化剂的选择性;(3)稳定性;(4)价格
工业上选择催化剂要从活性、选择性、稳定性及价格几个方面统筹考虑,并不是活性越高越好,一般是:选择性〉稳定性〉活性〉价格

第5题:

催化剂的形状有哪些?催化剂几何形状和颗粒大小是如何确定的?


正确答案: 圆柱状、环状、球状、压片状、网状、粉末状、不规则状和条状等。
催化剂的几何形状以及颗粒大小和使用的环境有关。
催化剂通过破碎、压片、挤出、滚动、凝聚成球以及喷雾等方法得到合适的几何形状和颗粒大小。

第6题:

什么是非晶态合金催化剂?它有哪些特性及应用?


正确答案: 定义:非晶态合金又成为金属玻璃或无定形合金。这类材料大多由过渡金属和类金属(B、P、Si)组成。通常是在熔融状态下的金属经过淬冷而得到类似于普通玻璃结构的非晶态物质。
特性:短程有序、长程无序、可以大范围的调整组成。
应用:一类是第Ⅷ族过渡金属和类金属的合金,如Ni-P、Co-B-Si等,另一种是金属与金属的合金,如Ni-Zr、Cu-Zn、Ni-Ti等。非晶态合金催化剂主要用于电极催化、加氢脱氢、异构化以及分解等反应。

第7题:

催化剂的宏观性能主要有哪些?如何进行测定?


正确答案: 组成各粒子或者粒子聚集体的大小、形状和孔隙结构所构成的表面积、孔体积、形状以及大小分布的特点,以及有关的传递特性和机械强度等。
表面积:可以用物理吸附法和化学吸附法测定,物理吸附法常用BET法和气相色谱法两类。
孔体积:用水得到堆密度、用汞得到颗粒密度、用氦气得到真密度(骨架密度)。
孔隙分布:大孔可用光学显微镜直接观察或者用压汞法,细孔用气体吸附法。
机械强度:用正、侧压实验法测定单颗粒抗压碎强度,用阶梯加压法测定堆积压碎强度。
磨损强度:用破碎-研磨法测定磨损强度。

第8题:

催化剂及催化技术研究与应用主要体现在哪些方面?


正确答案: 更新原料路线;
采用更原价的原料;
革新工艺流程;促进新工艺过程开发;
缓和工艺操作条件,达到节能降耗的目的;
开发新产品,提高产品收率,改善产品质量;
消除环境污染或开发从原料到产品的整个化工过程,对资源有效利用以及污染控制的环境友好“绿色催化工艺”等。

第9题:

未来催化技术研究的重点主要有哪些?


正确答案: 在分子水平上设计催化剂;
发展高速测试和合成催化剂的方法;
改进原位催化剂表征技术;
开发具有特殊活性位结构的催化剂的制备方法。

第10题:

分析Al2O3催化剂在生产应用中有何缺陷?


正确答案: Al2O3催化剂,其活性组分Al2O3的性质决定了该催化剂在生产中的缺陷:
1)在操作"漏O2"存在下,Al2O3极易硫酸盐化,造成催化剂中毒;
2)催化剂中活性组分Al2O3,在催化反应中只提供表面吸附中心,所以活性较低;
3)其转化率及水解受操作条件影响,已难以满足严峻的环保要求,转化率在95%(V)左右,水解率则受条件如原料气带烃等影响大;
4)在催化剂升温时,最好用瓦斯升温,如用原料过程气升温,则易使催化剂产生硫酸盐化中毒现象。