內容簡介
《催化劑錶徵》以大量的應用實例為根基詳細介紹催化劑常用的錶徵技術。《催化劑錶徵》共12章,第1章概括性地從催化劑的宏觀性質與性能和微觀性質與性能兩個方麵介紹瞭催化劑錶徵中所采用的各種傳統的、經典的以及近代的技術和方法,其中對於催化劑微觀性質與性能的錶徵又分為錶麵性質和體相性質兩方麵。在此章中,對各種錶徵技術和方法的適用範圍、優點以及缺點作瞭詳細的總結與歸納,同時也對同類錶徵技術作瞭詳細的比較。第2章至第11章對各種具體的錶徵技術在催化研究中的應用作瞭詳細介紹,此部分主要以基礎理論為輔、以實例為主嚮讀者傳達各種錶徵方法可以用來獲取催化劑的何種性質。第12章介紹瞭目前催化劑錶徵技術中被認為最有發展前途的原位技術。
《催化劑錶徵》可供從事催化研究的工作者和高等院校催化專業的教師閱讀、參考。《催化劑錶徵》尤其適閤催化專業的研究生、本科生將其作為教材及參考書來使用。
內頁插圖
目錄
第l章 催化劑錶徵
1.1 催化劑宏觀結構與性能的錶徵
1.1.1 催化劑密度
1.1.2 催化劑顆粒尺寸
1.1.3 比錶麵測試
1.1.4 孔結構
1.1.5 機械強度
1.2 催化劑微觀結構與性能的錶徵
1.2.1 錶麵性質錶徵
1.2.2 體相性質錶徵
參考文獻
習題
第2章 低溫物理吸附技術
2.1 錶麵積和孔結構錶徵
2.2 N2物理吸附法
2.2.1 N物理吸附法可以獲得催化劑的信息
2.2.2 吸附等溫綫
2.2.3 Langmuir比錶麵積
2.2.4 BET比錶麵積
2.2.5 BJH方法
2.2.6 t-plot
2.3 介孔分子篩孔結構錶徵中的應用
2.4 其他錶徵方法
2.4.1 壓汞法
2.4.2 其他方法
參考文獻
習題
第3章 電鏡技術
3.1 透射電子顯微鏡
3.1.1 成像原理
3.1.2 透射電鏡構造
3.1.3 樣品製備
3.1.4 TEM在催化劑研究中的應用
3.2 掃描電子顯微鏡
3.2.1 掃描電子顯微鏡的工作原理
3.2.2 掃描電子顯微鏡的特點
3.2.3 掃描電子顯微鏡的構造
3.2.4 掃描電子顯微鏡的主要性能
3.2.5 樣品製備
3.2.6 掃描電子顯微鏡在催化研究中的應用
3.2.7 TEM/SEM發展趨勢
3.3 分析電子顯微鏡
3.3.1 EDS基礎
3.3.2 AEM在催化研究中的應用
3.4 其他電鏡技術
3.4.1 掃描透射電鏡(STEM)
3.4.2 電子探針顯微分析,儀(EPMA)
3.4.3 掃描探針顯微鏡(SPM)
3.4.4 場發射掃描電子顯微鏡
3.4.5 掃描電聲顯微鏡(SEAM)
參考文獻
習題
第4章 熱分析技術
4.1 熱分析基礎
4.1.1 熱分析定義
4.1.2 熱分析存在的客觀物質基礎
4.1.3 熱分析的起源及發展
4.1.4 熱分析分類
4.1.5 熱分析技術的特點
4.2 熱重法(TG)
4.2.1 熱重法定義
4.2.2 影響熱重麯綫的因素
第5章 程序升溫分析技術
第6章 多晶x射綫衍射技術
第7章 電子能譜法
第8章 分子光譜技術
第9章 紫外漫反射光譜技術
第10章 核磁共振技術
第11章 電子順磁共振技術
第12章 原位技術
參考文獻
習題
精彩書摘
第1章 催化劑錶徵
催化劑的錶徵是指應用近代物理方法和實驗技術,對催化劑的錶麵及體相結構進行研究,並將它們與催化劑材料的性質進行關聯,探討催化劑材料的宏觀性質、微觀結構與催化特性之間的關係,加深對催化劑材料的本質的瞭解與認識。
催化劑的錶徵能夠使人們對催化作用的本質進一步瞭解,使催化化學眾工藝逐漸發展成為一門科學,從宏觀深入到微觀,從現象深入到本質,從經驗上升為規律,從特殊性上升到普遍性。特彆是催化體係原位錶徵技術的發展,使人們對催化反應進行的過程、催化劑與反應物之間的相互作用,能夠更進一步的認識;對於從理論上預測催化劑性質,解決催化劑的設計問題,推測反應機理具有非常重要的作用。而催化劑錶徵的根本目的在於為催化劑的設計和開發提供更多的依據,改進原有催化劑或創製新型催化劑,並提齣新的概念,發現新的規律,推動理論及應用技術的發展。
催化劑的錶徵在早期並沒有得到很大程度上的重視,那時催化劑的研究可以說完全處於白摸索階段,催化劑篩選通過大量的重復試驗進行,十分浪費時間而且往往得不到預期結果。隨著科學技術發展,大量的科學儀器誕生,我們可以通過物理或化學手段對催化劑進行錶徵與考察。目前催化劑的錶要通過近代物理的方法即儀器分析來實現的,這些方法主要包括:X射綫衍射技術、色譜技術、熱分析技術、電子顯微技術、光譜技術、低電子能譜、穆斯堡爾譜等。
前言/序言
華東理工大學齣版社經過長期調查研究後,決定組織編寫並齣版一套“化學工程與技術”學科的相關教學用叢書,多位在各自領域學有所長並對研究生培養工作有豐富經驗的學者參加編寫。
對於華東理工大學齣版社的決定,我非常贊同。我本人是研究生畢業,從20世紀70年代末起,一直在指導研究生,包括授課及指導論文,我的主要工作都與研究生培養有關。加上報刊雜誌的報道中多認為我國在研究生培養方麵尚顯不足,我也經常在思考如何提高研究生培養質量的問題。對此常感到有些話想說,隻是沒有適當的場閤去說而已。因此當齣版社的編輯們要我為叢書作序時,我便欣然從命,以便藉此說上幾句。
1.關於教學用書(簡稱教材)
教材對研究生教學是重要的,好的教材顯然十分有利於學生的學習並掌握相關的專業知識,此外還可以作為學生在學完課程後的案頭參考書。
也有一些非常優秀的教授在教學過程中不規定使用固定教材,他們在課堂上主要講授思想和方法,或即使使用教材,講課時也完全不局限於教材內容,然後要求學生在課後通過自學、習題、討論、找材料、做筆記等多種形式掌握知識。這種教學方式對於一部分學習主動、基礎較好的學生,可能十分有利,但也許會使另一些學生感到睏難,甚至抱怨連連。關鍵是看這些學生是否有剋服睏難,通過努力爭取學習主動的決心。
2.關於例題和習題例題的重要性絲毫不遜於理論知識。正確的方法應是有目的地講解例題:一個例題解決一類問題,引導多方麵的思路,並培養學生舉一反三的能力。
我要特彆強調的是習題的作用,使學生鞏固、掌握知識和運用學到的方法隻是起碼的要求,習題的功能應被看作是對學生潛在創造力的培養,以及在麵對睏難時應有的心理準備。這裏說的當然不是指我們常見的這些隻需稍稍復習就可以依樣畫瓢式的習題,而是指學生初看不知如何下手的那一類。當學生要做這類習題時他們不得不去認真復習和思考,相互討論,查找文獻,纔能解答。他們會認為這些習題很“難”,但也就是這種“難”,可以培養學生的能力。
我們不是經常在說要培養學生的創新能力麼?顯然,單靠說是不夠的。創新應成為一種習慣,它隻可能日積月纍,潛移默化地養成。做“難”題確實要剋服不少睏難,但這正好是一種對今後工作中創新能力的磨煉,也必會形成一種能解決睏難問題的心理準備。
好的,這是一份關於《化學工程與技術研究生教學用書:催化劑錶徵》之外的其他化學工程與技術領域研究生教材的詳細簡介,字數控製在1500字左右。 --- 麵嚮化學工程與技術研究生的核心課程精選教材推薦 本推薦書單聚焦於化學工程與技術學科體係中的其他關鍵領域,旨在為研究生階段的學習提供全麵且深入的參考資料。這些教材涵蓋瞭從基礎單元操作到前沿反應工程、過程係統工程以及材料科學交叉領域的知識體係,是構建紮實理論基礎和前沿視野不可或缺的資源。 一、 反應工程學核心:深度解析反應過程的奧秘 化學反應工程是化學工程的靈魂所在。對於研究生而言,理解反應動力學、反應器設計與優化至關重要。 1. 《化學反應工程學(第四版)》 (作者:Octave Levenspiel 或 H. Scott Fogler 版本) 內容聚焦: 這本經典教材是反應工程領域的基石讀物。它係統地介紹瞭反應速率理論、均相反應器(批式、連續攪拌釜式、填充床反應器)的設計與放大,以及非均相反應動力學的基礎。 研究生階段的價值: 它不僅停留在基礎公式推導,更側重於工程應用和問題求解。例如,對於復雜的非等溫反應、多相反應體係的傳質與反應耦閤效應,該書提供瞭詳盡的數學模型構建方法和實際案例分析。對於需要進行新催化反應器開發或現有工藝優化的研究人員,其對反應器選擇性、收率和轉化率的深入討論極具指導意義。它強調瞭從微觀動力學到宏觀反應器性能的係統化思維。 2. 《多相催化反應工程》 (側重於固-氣、固-液反應器設計與傳熱傳質) 內容聚焦: 區彆於基礎反應工程的通用性,該書專門針對多相催化體係(如固定床、流化床反應器)展開。核心內容包括:催化劑錶麵的傳質阻力、顆粒內部的擴散效應(如韋伯數、佩剋雷數在催化劑顆粒上的應用)、反應器內的熱點與失控風險分析,以及如何通過反應器結構設計來剋服傳質限製,提高催化劑的有效利用率。 研究生階段的價值: 在當前工業界對高活性催化劑依賴性增強的背景下,理解催化劑的“宏觀有效因子”至關重要。本書提供瞭量化這些效應的工具,幫助研究人員在實驗室成果放大到工業規模時,準確預測和控製反應性能。 二、 單元操作與傳遞過程的深化:從基礎到前沿 單元操作與傳遞過程(如動量、熱量、質量傳遞)是實現化學反應的物理基礎。研究生階段的學習需要超越本科階段的簡單計算,進入到復雜邊界條件和新型設備的設計。 1. 《化學過程設備設計與優化(Principles of Process Engineering Design)》 (強調設備選型、能效與安全性) 內容聚焦: 本書將重點放在傳統單元操作設備的設計規範、選型依據和係統優化上。涵蓋瞭精餾塔(包括精餾塔的動態模擬與控製)、換熱器網絡設計(Pinch 分析法)、分離設備(如吸收、萃取)的高級模型建立。特彆關注綠色化學和過程強化(Process Intensification)的理念在設備設計中的體現。 研究生階段的價值: 研究生在進行工藝路綫設計或現有流程改進時,必須具備設備層麵的工程判斷力。本書將理論計算與行業標準(如ASME規範的簡化應用)相結閤,培養學生在復雜約束條件下(如成本、能耗、空間限製)進行最優設備配置的能力。 2. 《傳熱學(高級主題)》 (側重於非經典傳熱模式與微尺度效應) 內容聚焦: 超越牛頓冷卻定律和簡單的對流換熱係數計算。該書深入探討瞭輻射傳熱在高溫反應器中的主導作用、微通道反應器中極高比錶麵積下的換熱特性、多孔介質內的復雜熱流機製,以及非牛頓流體的流動與傳熱。 研究生階段的價值: 在微反應器、高效節能換熱器等前沿技術開發中,對傳熱機理的深刻理解是突破瓶頸的關鍵。本書提供瞭處理非綫性、非穩態傳熱問題的解析和數值方法。 三、 過程係統工程(PSE):建模、仿真與優化 現代化工生産越來越依賴於復雜的係統級控製和優化,過程係統工程是連接微觀反應/分離機理與宏觀工廠運行的橋梁。 1. 《化學過程係統工程:建模、仿真與優化(Chemical Process System Engineering: Modeling, Simulation, and Optimization)》 (側重於流程模擬軟件的應用與高級優化算法) 內容聚焦: 本書的核心在於流程模擬軟件(如Aspen Plus, gPROMS)的高級應用和熱力學模型的精確選擇。它詳細介紹瞭穩態與動態模擬的建模技巧,特彆是如何處理復雜的非理想溶液體係和化學平衡受限的反應。更重要的是,本書深入講解瞭流程優化技術,包括參數估計、靈敏度分析、多目標優化算法(如遺傳算法在流程設計中的應用)。 研究生階段的價值: 現代化工研究中,“計算先行”已成為常態。掌握PSE不僅意味著學會使用軟件,更意味著理解如何建立能準確反映物理化學本質的數學模型,並利用優化工具尋找全局最優解,而不是局部改進。 2. 《過程安全與風險管理(Process Safety and Risk Management)》 (基於機理的風險評估與控製) 內容聚焦: 這是一個對所有化學工程研究生都至關重要的領域。本書講解瞭HAZOP(危險與可操作性研究)、LOPA(保護層分析)等定性風險評估方法。更進一步,它引入瞭基於物理化學機理的定量風險評估(QRA),包括火災、爆炸和有毒物質泄漏的擴散模型。同時,也討論瞭安全儀錶係統(SIS)的設計與驗證。 研究生階段的價值: 確保研究成果能夠安全地轉化為工業生産,是工程倫理和實踐要求。本書提供瞭係統化的工具來識彆和量化生産過程中的潛在危險,使學生具備“安全內嵌”的設計理念。 四、 新興交叉領域:能源與環境化學工程 隨著全球對可持續發展的關注加深,能源轉化和汙染物控製成為化學工程研究的熱點。 1. 《先進分離技術:膜分離與吸附》 (側重於能源節約型分離方法) 內容聚焦: 傳統蒸餾等高能耗分離方法的替代方案是本書的重點。詳細介紹各種膜分離技術(如納濾、反滲透、氣體分離膜)的機理、材料科學基礎及其在工業中的應用(如水處理、氣體純化)。同時,深入探討新型吸附劑(如MOFs、COFs)的設計原理及其在碳捕集與儲存(CCS)中的應用。 研究生階段的價值: 分離過程往往占據化工能耗的40%以上。掌握這些前沿分離技術,是實現“綠色化工”目標的關鍵能力。本書將化學/材料科學的前沿進展與工程放大問題緊密結閤。 2. 《電化學工程基礎與應用》 (聚焦於電化學儲能與電催化) 內容聚焦: 隨著電動汽車和可再生能源的發展,電化學工程的重要性日益凸顯。本書從基礎的電化學熱力學和動力學齣發,詳細闡述電池(鋰離子電池、固態電池)的電極/電解質界麵反應、電極材料的設計原則。同時,也覆蓋瞭電催化還原二氧化碳(CO2RR)等前沿課題的反應器設計與效率分析。 研究生階段的價值: 為從事新能源、儲能係統或電化學閤成的研究生提供瞭必要的理論框架和工程視角,幫助他們理解如何通過電極結構、電解質優化來提升係統性能。 --- 以上教材共同構建瞭一個涵蓋反應、分離、設備、過程控製與前沿能源環境的完整知識圖譜,是化學工程與技術研究生在完成“催化劑錶徵”學習後,進一步深化專業能力和拓展研究視野的必備參考資料。