第3章 金属催化剂31

3.1 金属催化剂的吸附作用31

3.1.1 金属对气体的化学吸附能力32

3.1.2 化学吸附强度与催化活性32

3.2 金属的电子结构理论33

3.2.1 能带理论33

3.2.2 价键理论34

3.3 金属表面几何因素与催化活性35

3.3.1 原子间距35

3.3.2 晶面花样36

3.4 晶格的缺陷与位错37

3.4.1 晶格缺陷和位错的主要类型37

3.4.2 晶格不规整性与多相催化37

3.4.3 金属表面在原子水平上的不均匀性38

3.5 金属载体间的相互作用38

3.6 合金催化剂39

第4章 金属氧化物催化剂40

4.1 非计量化合物40

4.1.1 非计量化合物的成因40

4.1.2 非计量化合物的类型41

4.2 半导体的能带理论42

4.2.1 半导体的能带结构42

4.2.2 施主和受主43

4.2.3 费米能级和脱出功43

4.3 气体在半导体上的化学吸附44

4.4 半导体的导电性与催化活性45

4.4.1 N2O的分解45

4.4.2 CO的分解46

4.5 半导体Ef和对催化反应选择性的影响46

4.6 d电子构型、金属氧键、晶格氧与催化活性47

4.6.1 d电子构型47

4.6.2 金属氧键47

4.6.3 晶格氧（O2）47

第5章 固体酸碱催化剂49

5.1 酸碱的定义和性质测定49

5.1.1 酸碱的定义49

5.1.2 固体酸碱性质的测定50

5.2 固体酸碱性的来源53

5.2.1 负载酸54

5.2.2 氧化物及复合氧化物54

5.2.3 金属盐55

5.3 固体酸碱性与催化作用56

5.3.1 酸中心类型与催化作用的关系56

5.3.2 酸强度与催化作用的关系57

5.3.3 酸浓度与催化活性的关系57

5.4 分子筛催化剂58

5.4.1 分子筛的结构58

5.4.2 分子筛的特性和催化性能62

5.4.3 分子筛的酸性来源65

第三篇 工业催化剂的制备、使用、分析测试与表征

第6章 工业催化剂的制备技术67

6.1 沉淀法67

6.1.1 沉淀原理68

6.1.2 沉淀法的工艺过程69

6.1.3 沉淀法的分类69

6.1.4 金属盐前驱体和沉淀剂的选择71

6.1.5 影响沉淀形成的因素72

6.2 浸渍法74

6.2.1 载体的选择75

6.2.2 浸渍液的配制75

6.2.3 活性组分在载体上的分布与控制76

6.2.4 常用浸渍工艺78

6.2.5 浸渍颗粒的热处理过程79

6.3 混合法81

6.4 离子交换法81

6.5 熔融法82

6.6 其他制备技术82

6.6.1 微乳液技术82

6.6.2 溶胶凝胶法83

6.6.3 等离子体技术84

6.6.4 微波技术84

6.6.5 超声波技术84

6.6.6 超临界技术85

6.6.7 膜技术85

6.7 催化剂的成型87

6.7.1 成型工艺概述87

6.7.2 成型对催化剂性能的影响88

6.7.3 成型助剂89

6.7.4 几种重要的成型方法90

第7章 工业催化剂的使用93

7.1 催化剂的装填93

7.1.1 催化剂筛分与装填93

7.1.2 开、停车及钝化94

7.2 催化剂的活化94

7.2.1 还原活化94

7.2.2 硫化活化96

7.2.3 氧化活化97

7.3 催化剂的失活97

7.3.1 中毒97

7.3.2 积炭99

7.3.3 烧结99

7.3.4 活性组分流失99

7.4 催化剂再生与回收利用100

7.4.1 催化剂再生100

7.4.2 催化剂回收利用101

第8章 催化剂性能的评价、测试和表征102

8.1 催化剂的性能评价102

8.1.1 实验室反应器102

8.1.2 性能评价方法105

8.2 催化剂的宏观物性测定107

8.2.1 颗粒直径及粒径分布108

8.2.2 机械强度测定108

8.2.3 催化剂的抗毒稳定性及其测定110

8.2.4 比表面积测定与孔结构表征110

8.3 催化剂微观性质的测定和表征118

8.3.1 电子显微镜在催化剂研究中的应用118

8.3.2 X射线结构分析在催化剂研究中的应用120

8.3.3 热分析技术在催化剂研究中的应用122

第四篇 工业催化剂各论

第9章 石油炼制催化剂126

9.1 催化裂化催化剂126

9.1.1 催化裂化反应机理和烃类的主要反应126

9.1.2 催化裂化催化剂及其发展127

9.1.3 催化裂化催化剂的制备128

9.1.4 催化裂化催化剂的失活与再生130

9.1.5 催化裂化催化剂的进展与展望131

9.2 催化重整催化剂132

9.2.1 催化重整反应机理和主要反应132

9.2.2 催化重整催化剂的组成和种类133

9.2.3 催化重整催化剂的制备134

9.2.4 催化重整催化剂的失活与再生135

9.2.5 催化重整催化剂的新进展136

9.3 加氢处理催化剂136

9.3.1 催化加氢反应机理和主要反应136

9.3.2 加氢处理催化剂137

9.3.3 加氢处理催化剂的制备139

9.3.4 加氢处理催化剂的失活与再生139

9.3.5 加氢处理催化剂的进展与展望140

9.4 加氢裂化催化剂140

9.4.1 加氢裂化反应机理141

9.4.2 加氢裂化催化剂142

9.4.3 加氢裂化催化剂的制备142

9.4.4 加氢裂化催化剂的进展与展望143

9.5 其他炼油催化剂143

9.5.1 醚化催化剂143

9.5.2 异构化催化剂144

9.5.3 烷基化催化剂145

9.5.4 烯烃叠合催化剂146

9.5.5 柴油氧化脱硫催化剂146

第10章 石油化工（基本有机原料）催化剂148

10.1 概述148

10.1.1 石油化工（基本有机原料）生产技术概述148

10.1.2 石油化工生产中的主要催化剂简介148

10.2 乙烯及其初级衍生物生产用催化剂149

10.2.1 碳二馏分选择性加氢除炔149

10.2.2 乙烯部分氧化制环氧乙烷151

10.2.3 乙烯和苯合成乙苯155

10.3 甲醇及其初级衍生物生成用催化剂157

10.3.1 一氧化碳和氢气合成甲醇157

10.3.2 甲醇羰基合成或乙醛氧化制醋酸159

第11章 化肥工业催化剂163

11.1 脱硫催化剂163

11.1.1 烃类加氢脱硫催化剂163

11.1.2 硫磺回收催化剂165

11.1.3 脱硫剂172

11.1.4 硫氧化碳水解催化剂175

11.2 烃类转化催化剂175

11.3 一氧化碳变换催化剂176

11.3.1 铁铬系高温变换催化剂177

11.3.2 铜锌系低温变换催化剂179

11.3.3 一氧化碳宽温(耐硫)变换催化剂180

11.4 甲烷化催化剂181

11.5 氨合成催化剂183

11.5.1 氨合成催化剂研究进展183

11.5.2 氨合成铁催化剂的制备185

11.5.3 预还原催化剂185

11.6 制硝酸和制硫酸催化剂186

11.6.1 氨氧化制硝酸催化剂186

11.6.2 二氧化硫氧化制硫酸催化剂187

第12章 碳一化学催化剂188

12.1 甲醇及低碳醇合成催化剂188

12.1.1 甲醇合成催化剂188

12.1.2 低碳混合醇合成催化剂194

12.2 甲醇氧化制甲醛催化剂195

12.2.1 反应机理195

12.2.2 银催化剂196

12.2.3 铁钼氧化物催化剂197

12.2.4 其他催化剂198

12.3 羰基合成催化剂198

12.3.1 氢甲酰化反应催化剂199

12.3.2 炔烃羰基化催化剂200

12.3.3 烯烃的羰基化催化剂200

12.3.4 甲醇羰基化制醋酸催化剂200

12.3.5 醋酸甲酯羰基化制醋酐催化剂202

12.3.6 氧化羰基化合成碳酸酯催化剂202

12.3.7 硝基化合物的还原羰基化催化剂202

12.4 费托合成催化剂202

12.4.1 费托合成催化剂类型203

12.4.2 费托合成催化剂的制备205

12.5 碳一化学中的催化新工艺206

12.5.1 天然气的直接转化207

12.5.2 天然气间接转化利用208

12.5.3 膜技术在碳一化学中的应用211

12.5.4 二氧化碳的利用212

第13章 环境保护和环境友好催化技术214

13.1 环境经济的提出和环境友好概念的产生214

13.2 空气污染治理的催化技术214

13.2.1 动态源的净化处理和三效催化剂215

13.2.2 静态源的净化处理催化技术218

13.3 工业废液的催化净化技术（CWAO）220

13.3.1 工业废液的来源及主要污染物220

13.3.2 工业废液的处理方法221

13.3.3 WAO和CWAO221

13.4 大气层保护与催化技术223

13.4.1 保护臭氧层的催化技术223

13.4.2 控制温室效应气体排放的催化技术224

13.5 环境友好的催化技术224

13.5.1 零排放与绿色化学224

13.5.2 E因子原子经济与绿色化工生产227

13.5.3 环境友好催化技术的发展趋势227

13.6 光催化在环境科学中的应用和光催化环保功能材料231

13.6.1 光催化原理231

13.6.2 光催化在环境科学中的应用232

13.6.3 光催化环保功能材料232

参考文献233

人类有目的地使用催化剂已经有两千余年的历史，例如粬酶催化剂酿酒制醋。20世纪下半叶，催化技术获得了空前的发展，化学工业产品种类的增多，生产规模的扩大，无不借助于催化剂和催化技术。目前，催化技术已广泛应用于化学工业、食品加工、医药和环境保护等行业，为人类的生产、生活提供各种产品，在经济和社会发展中起到举足轻重的作用。

作为一门科学，催化科学综合了化学、化学工程、物理、数学等各个学科知识，已发展成为化学工程与技术学科中最具生命力和创造力的一部分，成为学术界研究的焦点。

石油天然气化学工业是化学工业最重要的一个分支，其生产过程绝大多数都要使用催化剂。据统计，石油天然气化工生产过程中80%以上的化学反应、60%以上的化工产品和90%以上的新工艺开发，都离不开催化剂，使用的催化剂种类已经超过2000余种。因此，石油天然气化工过程中的催化知识，是石油类高校化学工程与工艺专业课程体系的重要组成部分。

本课程的主要任务是介绍催化作用与催化剂的基本知识（主要讨论工业上使用最多的多相催化）以及各类常用的石油天然气化工催化剂及其新进展，使学生理解催化作用的化学本质，熟悉工业催化剂的制备与操作使用技术,了解典型的石油天然气化工催化剂，以便今后从事与催化有关的生产、管理、研究与开发工作。

全书共分四篇十三章：第一篇催化作用基础（第1章催化剂概述、第2章多相催化作用基础）；第二篇工业催化剂作用原理（第3章金属催化剂、第4章金属氧化物催化剂、第5章固体酸碱催化剂）；第三篇工业催化剂的制备、使用、分析测试与表征（第6章工业催化剂的制备技术、第7章工业催化剂的使用、第8章催化剂性能的评价、测试和表征）；第四篇工业催化剂各论（第9章石油炼制催化剂、第10章石油化工（基本有机原料）催化剂、第11章化肥工业催化剂、第12章碳一化学催化剂、第13章环境保护和环境友好催化技术）。

针对化工专业本科生工业催化课程内容多和学时少的要求，笔者在成书过程中力求做到理论与实践紧密结合，深入浅出地介绍基本理论知识，并辅以大量工业实例，帮助学生加深理解；为提高学生对知识的应用能力,激发创新意识，特别介绍了一些最新的催化学科进展。本书可作为高等院校化学工程与工艺及相近专业本科生、研究生教材，也可供从事工业催化技术工作的工程技术人员阅读参考。

本书由唐晓东、王豪、汪芳编著。唐晓东统稿并编写第1、2、3、4、9章和11.1节，王豪编写第5～8章，汪芳编写其余章节。本书的出版还得到了西南石油大学教材建设委员会、教务处和化学化工学院领导的大力支持，在此一并表示感谢。

由于编者水平有限，书中疏漏在所难免，敬请读者批评指正。