一、課程的基本要求和說(shuō)明

    催化劑正日益廣泛深入地滲透于石油煉制工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、高分子材料工業(yè)、生物化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)以及環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)的絕大部分工藝過(guò)程中，起著舉足輕重的作用。工業(yè)的化學(xué)反應(yīng)通常在反應(yīng)器中進(jìn)行，而這些反應(yīng)器中，絕大部分都必須裝有工業(yè)催化劑。事實(shí)上，催化技術(shù)現(xiàn)已成為調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速度與方向的核心技術(shù)。

    催化劑工程是以工業(yè)催化劑的制造生產(chǎn)、評(píng)價(jià)測(cè)試、設(shè)計(jì)開發(fā)、操作使用等工程問(wèn)題為其研究對(duì)象的一門科學(xué)。它有理由成為21世紀(jì)化工行業(yè)專門人才所必備的基本知識(shí)之一。

    本課程以與催化劑有關(guān)的工程問(wèn)題為主線，涵蓋了工業(yè)催化劑的精粹部分。

    內(nèi)容分五大部分：

    1、催化作用的基本原理；
    2、工業(yè)催化劑的制造；
    3、催化劑性能的評(píng)價(jià)、測(cè)試和表征；
    4、工業(yè)催化劑的開發(fā)；
    5、工業(yè)催化劑的制備設(shè)計(jì)和操作設(shè)計(jì)。

    本課程選用由王尚弟、孫俊全主編的面向21世紀(jì)課程教材《催化劑工程導(dǎo)論》一書作為教材。學(xué)生以自學(xué)為主，既要開闊知識(shí)面，也要能舉一反三，學(xué)以致用。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，不但要學(xué)會(huì)如何生產(chǎn)、制造催化劑，更主要是為了更好地使用好各種催化劑。
        
    二、考核要點(diǎn)

    第一章  工業(yè)催化劑概述

    1、催化劑在國(guó)計(jì)民生中的作用

    2、催化若干術(shù)語(yǔ)和基本概念

    （1）催化劑和催化作用的定義
    （2）催化劑的基本特征
    （3）催化劑的分類
    ① 根據(jù)聚集狀態(tài)分類。
    ② 根據(jù)化學(xué)鍵分類。
    ③ 按元素周期律分類。
    ④ 根據(jù)催化劑組成及其使用功能分類。
    ⑤ 按工藝與工程特點(diǎn)分類。
    （4）催化劑的化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)
    ① 多相固體催化劑：主催化劑，共催化劑，助催化劑（結(jié)構(gòu)助催化劑，電子助催化劑，晶格缺陷助催化劑），載體及其它。
    ② 均相配合物催化劑。
    （5）多相和均相催化劑的功能特點(diǎn)
    （6）多相和均相催化劑的同一性
    ① 催化劑機(jī)理。
    ② 催化活性與活化能。
   
    第二章  工業(yè)催化劑的制造方法

    1、沉淀法

    （1）沉淀法的分類：?jiǎn)谓M分沉淀法，共沉淀法，均勻沉淀法，沉浸沉淀法，單晶沉淀法，均勻共沉淀法。
    （2）沉淀操作的原理和技術(shù)要點(diǎn)
    ① 金屬鹽類和沉淀劑的選擇。
    ② 沉淀形成的影響因素：濃度，溫度，pH值，加料方式和攪拌強(qiáng)度。
    ③ 沉淀的陳化和洗滌。
    ④ 干燥、焙燒和活化。

    2、浸漬法

    各類浸漬法的原理和操作：過(guò)量浸漬法，等體積浸漬法，多次浸漬法，浸漬沉淀法，流化噴灑浸漬法，蒸氣相浸漬法。

    3、混合法

    4、熱熔融法

    5、離子交換法

    （1）由無(wú)機(jī)離子交換劑制備催化劑。
    （2）由離子交換樹脂制備催化劑。

    6、催化劑的成型
    
    第三章  催化劑性能的評(píng)價(jià)、測(cè)試和表征

    1、概述
    2、活性評(píng)價(jià)和動(dòng)力學(xué)研究
    3、催化劑的宏觀物理性質(zhì)測(cè)定

    第四章  工業(yè)催化劑的開發(fā)

    1、概述
    2、實(shí)驗(yàn)室工作
    3、擴(kuò)大試驗(yàn)
    
    第五章  工業(yè)催化劑的制備設(shè)計(jì)

    1、催化劑及其設(shè)計(jì)的理論概觀
    2、催化劑設(shè)計(jì)的一般程序
    3、組分設(shè)計(jì)與驗(yàn)證性篩選
    4、熱力學(xué)分析與反應(yīng)通道的設(shè)計(jì)
    5、化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理研究與催化劑設(shè)計(jì)
    6、催化劑原材料的選擇  
    
    第六章  工業(yè)催化劑的操作設(shè)計(jì)

    1、操作設(shè)計(jì)概念
    2、一般操作經(jīng)驗(yàn)
    3、使用技術(shù)中的若干選擇與優(yōu)化問(wèn)題
    
    三、學(xué)習(xí)重點(diǎn)與思考題

    第一章  工業(yè)催化劑概述
   
    1、舉例說(shuō)明催化劑在國(guó)計(jì)民生中的作用。
    2、1976年國(guó)際純粹及應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)公布的催化作用的定義是什么？要求深刻理解其含義。
    3、什么是催化劑的基本特征？
    4、為什么催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)的速度，而不能改變化學(xué)平衡的位置？
    5、為什么對(duì)正方向有效的催化劑對(duì)反方向的反應(yīng)也有效？
    6、根據(jù)聚集狀態(tài)如何對(duì)催化劑進(jìn)行分類？
    7、按工藝和工程特點(diǎn)如何對(duì)催化劑進(jìn)行分類？
    8、主催化劑的定義是什么？
    9、共催化劑的定義是什么？
    10、助催化劑的定義是什么？
    11、助催化劑可分為哪幾類？它們各自的定義是什么？
    12、載體的定義是什么？
    13、均相配合物催化劑在化學(xué)組成上是由什么組成的？
    14、均相配合物催化劑的缺陷是什么？
    15、固體非均相催化劑的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？
    16、均相催化的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？
    17、催化劑為什么具有催化活性？
   
    第二章  工業(yè)催化劑的制造方法

    1、寫出沉淀法的一般操作步驟。
    2、單組分沉淀法的用途是什么？
    3、共沉淀法的用途是什么？
    4、舉例說(shuō)明均勻沉淀法。
    5、選擇沉淀劑有何原則？
    6、濃度是如何影響沉淀形成的？
    7、溫度是如何影響沉淀形成的？
    8、攪拌強(qiáng)度是如何影響沉淀形成的？
    9、何謂陳化？如何進(jìn)行陳化？沉淀的陳化如何影響催化劑性能？
    10、沉淀是如何帶入雜質(zhì)的？
    11、如何減少或避免雜質(zhì)的引入？
    12、在催化劑制備中如何進(jìn)行洗滌？
    13、干燥的目的是什么？
    14、焙燒的目的是什么？
    15、詳述各個(gè)因素是如何影響催化劑的還原的？
    16、寫出浸漬法的一般操作步驟。
    17、浸漬法有何優(yōu)點(diǎn)？
    18、浸漬法的基本原理是什么？
    19、敘述在用浸漬法制備催化劑時(shí)，活性組分在載體斷面上的不同分布。
    20、何為競(jìng)爭(zhēng)吸附？舉例說(shuō)明競(jìng)爭(zhēng)吸附在制備催化劑時(shí)的作用。
    21、比較各類浸漬法的優(yōu)缺點(diǎn)。
    22、敘述混合法的優(yōu)缺點(diǎn)。
    23、熱熔融法制備的催化劑有何特點(diǎn)？
    24、與浸漬法相比，用離子交換法制備的催化劑有何優(yōu)點(diǎn)？
    25、沸石的組成是什么？
    26、簡(jiǎn)述合成沸石的一般制法。
    27、強(qiáng)酸型離子交換樹脂可以代替硫酸作催化劑，其主要優(yōu)點(diǎn)是什么？
    28、與無(wú)機(jī)離子交換劑分子篩相比，有機(jī)離子交換樹脂有何不足？
    29、比較下列各種催化劑尺寸大小的不同：固定床用催化劑，移動(dòng)床用催化劑，流化床用催化劑和懸浮床用催化劑。
    30、選擇成型方法時(shí)要考慮什么因素？
    31、從催化劑使用性質(zhì)的角度考慮，催化劑顆粒的外形尺寸和形狀有何影響？
    32、試舉出自給造粒成型和強(qiáng)制造粒成型的例子。
   
    第三章  催化劑性能的評(píng)價(jià)、測(cè)試和表征

    1、判定催化劑的質(zhì)量和效率的指標(biāo)是什么？它們分別指的是什么？
    2、寫出轉(zhuǎn)化率的定義式。
    3、何為空速？
    4、何為時(shí)空得率？
    5、何為選擇性？
    6、何為收率？
    7、何為單程收率？
    8、簡(jiǎn)述氣-固相催化反應(yīng)的歷程和機(jī)理。
    9、比較下列各實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器的優(yōu)劣：積分反應(yīng)器，微分反應(yīng)器和無(wú)梯度反應(yīng)器。
    10、反應(yīng)管直徑和催化劑顆粒直徑之比應(yīng)該取多少？為什么？
    11、如何判斷有無(wú)內(nèi)擴(kuò)散的影響？怎么排除其影響？
    12、如何判斷有無(wú)外擴(kuò)散的影響？怎么排除其影響？
    13、催化劑顆粒的尺寸大小如何描述？
    14、如何表示催化劑顆粒的粒徑分布？
    15、催化劑會(huì)受到哪些機(jī)械破壞？
    16、何謂壓碎強(qiáng)度？如何測(cè)定？
    17、什么是催化劑中毒？
    18、如何評(píng)價(jià)和比較催化劑抗毒穩(wěn)定性？
    19、積碳和結(jié)焦是如何引起的？怎樣進(jìn)行再生？
    20、催化劑比表面積指的是什么？試舉出一些常用的測(cè)定方法。
    21、常用什么來(lái)描述催化劑孔結(jié)構(gòu)的特征？
    22、如何定義催化劑的密度、堆密度和真密度？它們之間的相互關(guān)系是什么？
    23、什么是催化劑的比孔容積和空隙率？如何計(jì)算？
    24、有什么方法可以測(cè)定催化劑的空隙分布？
   
    第四章  工業(yè)催化劑的開發(fā)

    1、如何開發(fā)工業(yè)催化劑？
    2、在開發(fā)工業(yè)催化劑時(shí)，如何準(zhǔn)備資料？
    3、剖析催化劑參考樣品的最終目的是什么？
    4、什么是設(shè)備的放大效應(yīng)？
    5、舉例說(shuō)明制備催化劑時(shí)設(shè)備放大效應(yīng)的正負(fù)面影響。
    6、中型評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的目的是什么？？
   
    第五章  工業(yè)催化劑的制備設(shè)計(jì)

    1、簡(jiǎn)述催化劑設(shè)計(jì)的一般程序。
    2、在催化劑設(shè)計(jì)中，如何判斷反應(yīng)熱力學(xué)上是否可以進(jìn)行？
    3、研究非均相催化反應(yīng)的機(jī)理，包括哪些方面？
    4、如何選擇主催化劑？
    5、多相催化反應(yīng)中，反應(yīng)物在催化劑作用下轉(zhuǎn)變成生成物的過(guò)程可以分為哪幾個(gè)步驟？
    6、反應(yīng)氣體在催化劑表面上吸附強(qiáng)度如何才能使反應(yīng)活性最好？為什么？
    7、選擇調(diào)變性助催化劑的原則是什么？
    8、選擇結(jié)構(gòu)性助催化劑的原則是什么？
    9、選擇載體時(shí)要考慮些什么因素？
    10、反應(yīng)物分子在催化劑孔內(nèi)的擴(kuò)散機(jī)理有哪些？它們的定義是什么？
    11、如何選擇孔結(jié)構(gòu)？
       
    第六章  工業(yè)催化劑的操作設(shè)計(jì)

    1、裝填固定床催化劑有何要求？
    2、多相固體催化劑的活化經(jīng)歷哪些過(guò)程？
    3、催化劑為什么要進(jìn)行鈍化？
    4、催化劑失活的原因是什么？
    5、何為催化劑的中毒？
    6、化學(xué)型毒物和選擇型毒物有什么不同？
    7、如何除去積碳？
    8、催化劑衰退后應(yīng)該怎么辦？
    9、選擇和優(yōu)化催化劑形狀尺寸的目的是什么？