[科普中国]-固体触媒结构

触媒是“催化剂”的另一种称谓，作用是为了改变某些化学进程的速率。通过这样来达到想要的结果。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。

无论使用什么方法制备固体催化剂，在使用的过程中催化反应器对它的形状和尺寸都有具体的要求，所以固体催化剂成型工艺在催化剂制备中显得非常重要。

简介成型就是指在一定外力作用下各类粉体、颗粒、溶液或熔融原料互相聚集，制备成一定形状、大小和强度的固体颗粒的过程。最初的固体催化剂成型方法是将块状催化剂粉碎筛分，获得粒度适宜的颗粒。这种方法制得的催化剂的形状和尺寸非常不确定，这对催化剂的应用很不利。随着固体催化剂成型工艺的发展，这种固体催化剂成型方法的使用已经不多了，只有特殊原因才使用该方法，例如加氢用骨架金属催化剂和合成氨用熔铁催化剂等。催化剂成型工艺对它的使用性能有很大影响，主要表现在下边这些方面:催化剂形状、尺寸和机械强度必须满足催化反应器和催化反应过程的要求；催化剂形状和尺寸必须服从其使用性能的要求;催化剂形状和尺寸要有利于床层压力降和传热。1

后成型法1、挤条成型

将粘结剂加入到催化剂滤饼或粉末中,经过碾压捏和形成具有良好塑性的泥状粘浆，接着采用活塞或螺旋杆将泥状粘浆从多孔板挤出，并切割成圆柱体，这就是挤条成型方法。催化剂滤饼或粉末的可塑性和粘结剂的种类及加入量决定了挤条成型催化剂的强度。挤条成型一般分为原料的输送、 压缩、挤出和切条四步骤，主要用于塑性好的泥状物料的成型，如果成型原料是粉状时，需在粉状原料中加入适当的粘结剂，并碾压捏合后制成塑性良好的泥料。

2、喷雾成型

喷雾成型是制备微球形催化剂的常用成型方法，就是将悬浮液或膏糊状物料通过喷雾干燥原理制成微球形固体颗粒。具体工艺过程：首先采用雾化器将浆液溶液雾化成平均直径20～60μm 的雾滴，接着在干燥设备中雾滴与热风接触使得雾滴迅速气化，最后获得干燥的颗粒状产品。这种成型方法有很多优点:干燥后的成品就是粉末状或微小的颗粒状，直接可以使用，省去了粉碎的工序；这种成型工艺制备的催化剂单位质量的比表面积较大，可以改善催化剂性能；通过改变操作条件，直径和粒度分布等产品的质量指标很容易调控。

3、油中成型

利用在适当pH及浓度下溶胶将发生凝化的性质，溶胶喷滴入热的矿物油中后在表面张力的作用形成球滴，再经凝胶化过程形成小球，这个过程就是油中成型。常用的油类为煤油、轻油和轴润滑油等相对密度小于溶胶的液体烃类矿物油。这种成型方法常用于生产高纯度球形氧化铝、 微球硅胶和硅酸铝球等载体。

4、其他后成型法

除了上述成型法外，后成型法还包括压片成型、转动成型、纤维催化剂成型、薄层成型等。压片成型是最早工业应用的成型方法，是将催化剂和载体等物质放入压片成型设备中，在外压力的作用下制成片状催化剂。压片成型可以获得质量均匀，堆密度较高、强度好的催化剂。但是，这种催化剂在使用前需要经行破碎和筛分，比较麻烦，同时大量无用的小颗粒甚至粉末状物质的形成造成不必要的浪费，因此这种成型方法现在应用已经不多了。转动成型是常用和较经济的成型方法，适用于球形催化剂的成型，所得产品粒度较均匀，形状规则，适合于大规模生产，但产品机械强度不高，表面较粗糙，必要时可增加烧结补强及球粒抛光工序。1

原位成型法原位成型法就是在水热合成体系中直接合成大颗粒催化剂或负载成型催化剂。该制备方法简单、节省成本、催化剂利用率高。原位成型法包括直接成型法和原位负载成型法。

刘月明等通过引入晶化助剂用直接成型法制备了TS-1微球催化剂。这种方法制备的催化剂机械强度较好，制备过程无需采用特殊工艺，易于工业化实施；但合成过程中需要使用 TPAOH 为模版剂，成本偏高。刘雅哲等原位负载成型法制得负载TS-1分子筛硅胶微球催化剂，并对其结构和性能进行了表征。结果显示：TS-1分子筛很好地负载于硅胶表面，使用这种催化剂苯的转化率达到10.32%，苯酚选择性达到97.12%。1

本词条内容贡献者为:

李晓林 - 教授 - 西南大学