延安大学化学与化工学院 化工、分析、应化、化教专业工业催化课程教学大纲 【课程名称】工业催化/ ndustrial Catalysis 【课程编码】 HHHGZX0282 【课程类别】选修课 【课时】32 【学分】2 【课程性质、目标和要求】 《工业催化》课程,作为化学工程与工艺、工业分析、应用化学、化学教育等4 个本科专业的选修课,主要介绍工业催化技术的应用、催化作用的基本规律以及催 化剂设计、制备、表征的一般知识和基本规律,了解催化过程的本质和熟悉工业催 化技术的基本要求和特性 本课程着重讨论在科硏和生产中应用得最为广泛的有关催化剂的制备、表征、 反应及其作用机理,研究催化剂结构与性质之间的关系,从微观的角度探讨催化剂 组成、比例及表面层原子、分子及离子的位置、运动以及构型与催化剂性能的关系。 通过本课程的学习使学生系统地掌握工业催化的基本概念、基本原理、基本方法 及技巧,为今后的从事科研开发和进一步学习打下坚实的基础。 本课程的教学应贯彻应用性原则和重视素质培养原则。要求理论分析与实际应 用相结合,理论教学主要是讲清概念和术语,对推导一般不作演绎。要重视催化剂 应用和表征的实例、课堂讨论,同时将课程内容与工业生产实践、毕业论文相结合 培养学生理论联系实际的能力;“催化剂的制备、表征和性能评价”是课程教学的 核心内容,也是学生在走上工作岗位和继续深造涉及最多的内容;该部分内容也是 本课程的重点与难点,应重点;讲课要结合催化剂的应用实例,授课方式应根据内
1 延安大学化学与化工学院 化工、分析、应化、化教专业工业催化课程教学大纲 【课程名称】工业催化 /Industrial Catalysis 【课程编码】HHHGZX0282 【课程类别】 选修课 【课 时】 32 【学 分】 2 【课程性质、目标和要求】 《工业催化》课程，作为化学工程与工艺、工业分析、应用化学、化学教育等 4 个本科专业的选修课，主要介绍工业催化技术的应用、催化作用的基本规律以及催 化剂设计、制备、表征的一般知识和基本规律，了解催化过程的本质和熟悉工业催 化技术的基本要求和特性。 本课程着重讨论在科研和生产中应用得最为广泛的有关催化剂的制备、表征、 反应及其作用机理，研究催化剂结构与性质之间的关系，从微观的角度探讨催化剂 组成、比例及表面层原子、分子及离子的位置、运动以及构型与催化剂性能的关系。 通过本课程的学习使学生系统地掌握工业催化的基本概念、基本原理、基本方法 及技巧，为今后的从事科研开发和进一步学习打下坚实的基础。 本课程的教学应贯彻应用性原则和重视素质培养原则。要求理论分析与实际应 用相结合，理论教学主要是讲清概念和术语，对推导一般不作演绎。要重视催化剂 应用和表征的实例、课堂讨论，同时将课程内容与工业生产实践、毕业论文相结合， 培养学生理论联系实际的能力；“催化剂的制备、表征和性能评价”是课程教学的 核心内容，也是学生在走上工作岗位和继续深造涉及最多的内容；该部分内容也是 本课程的重点与难点，应重点；讲课要结合催化剂的应用实例，授课方式应根据内
容做相应调整(多媒体与传统教学相结合);考核方式以闭卷或开卷或课程论文为 主,平时成绩在总评成绩中应占有一定的比例平时占20~30%,考试或课程论文占 70~80% 【教学时间安排】 本课程计2学分,32学时,学时分配如下 章次 课程内容 备注(教学形式) 催化剂与催化作用(含绪论) 讲授4学时 吸附作用与多相催化 讲授8学时 各类催化剂及其催化作用 2345678901 866 讲授6学时 工业催化剂的制备与使用 授6学时 工业催化剂的活性评价与宏观物性的表征8 讲授8学时 13 合计 【教学内容要点】 第一章催化剂与催化作用(含绪论) 学习目的要求 (1)绪论主要介绍课程的性质和任务、课程的主要内容和教学安排。 (2)第一章主要讲述催化作用的定义与特征、催化剂的组成与功能、工业催化剂的 特点。并简要介绍均相催化与均相催化剂。 (3)要求深刻理解和熟练掌握的重点内容有:催化作用的定义与特征。 (4)要求一般理解与掌握的内容有:催化作用的定义与特征、催化剂的组成与功能、 工业催化剂的特点。本章难点:催化剂的组成与功能 二、主要教学内容
2 容做相应调整（多媒体与传统教学相结合）；考核方式以闭卷或开卷或课程论文为 主，平时成绩在总评成绩中应占有一定的比例(平时占 20～30%，考试或课程论文占 70～80%)。 【教学时间安排】 本课程计 2 学分，32 学时, 学时分配如下： 章次 课程内容 课时 备注（教学形式） 1 催化剂与催化作用（含绪论） 4 讲授 4 学时 2 吸附作用与多相催化 8 讲授 8 学时 3 各类催化剂及其催化作用 6 讲授 6 学时 4 工业催化剂的制备与使用 6 讲授 6 学时 5 工业催化剂的活性评价与宏观物性的表征 8 讲授 8 学时 6 7 8 9 10 11 12 13 合 计 36 【教学内容要点】 第一章 催化剂与催化作用（含绪论） 一、学习目的要求 （1）绪论主要介绍课程的性质和任务、课程的主要内容和教学安排。 （2）第一章主要讲述催化作用的定义与特征、催化剂的组成与功能、工业催化剂的 特点。并简要介绍均相催化与均相催化剂。 （3）要求深刻理解和熟练掌握的重点内容有：催化作用的定义与特征。 （4）要求一般理解与掌握的内容有：催化作用的定义与特征、催化剂的组成与功能、 工业催化剂的特点。本章难点：催化剂的组成与功能。 二、主要教学内容
1、绪论部分,介绍课程的任务、要求和课程的主要内容以及教学安排; 2、催化剂的定义、特征; 3、催化剂的组成和功能(催化剂的组成、载体的功能等) 4、工业催化剂的基本要求 三、课堂讨论选题 1、工厂选择一种催化剂需要注意的主要指标有那些? 四、课外作业选题 1、调查榆林甲醇厂所用催化剂的主要类型和活性组分。 第二章吸附作用与多相催化 学习目的要求 本章主要讲述多相催化的反应步骤、吸附等温线、金属表面上的化学吸附和氧化 物表面上的化学吸附。 要求深刻理解和熟练掌握的重点内容有:多相催化的基本反应步骤 要求一般理解与掌握的内容有:金属表面上的化学吸附和氧化物表面上的化学吸 本章难点:催化剂表面的化学吸附与活化 、主要教学内容 1、多相催化反应的基本步骤(本章重点 (1)外扩散与外扩散系数(DE) (2)内扩散与内扩散系数(D1) 3)反应物分子的化学吸附 (4)表面反应 (5)产物的脱附
3 1、绪论部分，介绍课程的任务、要求和课程的主要内容以及教学安排； 2、催化剂的定义、特征； 3、催化剂的组成和功能（催化剂的组成、载体的功能等）； 4、工业催化剂的基本要求 三、课堂讨论选题 1、工厂选择一种催化剂需要注意的主要指标有那些？ 四、课外作业选题 1、调查榆林甲醇厂所用催化剂的主要类型和活性组分。 第二章 吸附作用与多相催化 一、学习目的要求 本章主要讲述多相催化的反应步骤、吸附等温线、金属表面上的化学吸附和氧化 物表面上的化学吸附。 要求深刻理解和熟练掌握的重点内容有：多相催化的基本反应步骤 要求一般理解与掌握的内容有：金属表面上的化学吸附和氧化物表面上的化学吸 附。 本章难点：催化剂表面的化学吸附与活化。 二、主要教学内容 1、多相催化反应的基本步骤（本章重点） ⑴外扩散与外扩散系数（DE） ⑵内扩散与内扩散系数（Dr） ⑶反应物分子的化学吸附 ⑷表面反应 ⑸产物的脱附
2、吸附等温线 (1)简单的 Langmuir吸附等温线式 (2)解离吸附的 Langmuir吸附等温式 (3)竞争吸附的 Langmuir吸附等温式 (4) Brunauer- Emmett-elr吸附等温式-简称BET公式 3、金属表面上的化学吸附 (1)化学吸附研究用的金属表面 (2)金属表面上分子的吸附态 (3)分子在金属上的活化与其吸附强度 (4)金属表面上化学吸附的应用 4、氧化物表面上的化学吸附 (1)半导体氧化物上的化学吸附 (2)绝缘体氧化物上的化学吸附 3)氧化物表面积的测定 第三章各类催化剂及其催化作用 学习目的要求 本章主要讨论酸碱催化剂及其催化作用、分子筛催化剂及其催化作用、金属催化 剂、金属氧化物和硫化物催化剂及其催化作用、络合催化剂及其催化作用。 要求理解和掌握的重点内容有:酸碱催化剂及其催化作用 要求一般理解与掌握的内容有:金属氧化物和硫化物催化剂及其催化作用、络合 催化剂及其催化作用 难点:择形催化、晶格缺陷与多相催化反应之间的关系。课外自学的择形催化理 主要教学内容 1、酸碱催化剂及其催化作用 ()、固体酸、碱的定义和分类 (2)、固体表面的酸、碱性质及其测定
4 2、吸附等温线 ⑴简单的 Langmuir 吸附等温线式 ⑵解离吸附的 Langmuir 吸附等温式 ⑶竞争吸附的 Langmuir 吸附等温式 ⑷Brunauer-Emmett-Teller 吸附等温式---简称 BET 公式 3、金属表面上的化学吸附 ⑴化学吸附研究用的金属表面 ⑵金属表面上分子的吸附态 ⑶分子在金属上的活化与其吸附强度 ⑷金属表面上化学吸附的应用 4、氧化物表面上的化学吸附 ⑴半导体氧化物上的化学吸附 ⑵绝缘体氧化物上的化学吸附 ⑶氧化物表面积的测定 第三章 各类催化剂及其催化作用 一、学习目的要求 本章主要讨论酸碱催化剂及其催化作用、分子筛催化剂及其催化作用、金属催化 剂、金属氧化物和硫化物催化剂及其催化作用、络合催化剂及其催化作用。 要求理解和掌握的重点内容有：酸碱催化剂及其催化作用 要求一般理解与掌握的内容有：金属氧化物和硫化物催化剂及其催化作用、络合 催化剂及其催化作用。 难点：择形催化、晶格缺陷与多相催化反应之间的关系。课外自学的择形催化理 论。 二、主要教学内容 1、酸碱催化剂及其催化作用 ⑴、固体酸、碱的定义和分类 ⑵、固体表面的酸、碱性质及其测定
(3)、酸、碱中心的形成与结构(金属氧化物、复合氧化物) (4)、固体酸、碱的催化作用 2、分子筛催化剂及其催化作用 (1)分子筛的结构构型 (2)分子筛催化剂的催化性能与调变 3、金属催化剂及其催化作用 (1)金属和金属表面的化学键 (2)金属和金属表面的几何构造 (3)晶格的缺陷与位错 (4)晶格不规整性与多相催化 (5)金属催化剂的催化活性的经验规则 (6)负载型催化剂的催化活性 (7)合金催化剂及其催化作用 4、金属氧化物和硫化物催化剂及其催化作用 (1)金属氧化物和硫化物催化剂的概述 (2)半导体的能带结构及其催化活性 (3)氧化物表面的M=O键性质与催化活性的关联 (4)复合金属氧化物催化剂的结构化学 (5)金属硫化物催化剂及其催化作用 5、络合催化剂及其催化作用 (1)络合催化概述 (2)过渡金属离子的化学键合 (3)络合催化中的关键反应步骤 (4)络合催化循环 (5)配位厂的影响 第四章工业催化剂的制备与使用
5 ⑶、酸、碱中心的形成与结构（金属氧化物、复合氧化物） ⑷、固体酸、碱的催化作用 2、分子筛催化剂及其催化作用 ⑴分子筛的结构构型 ⑵分子筛催化剂的催化性能与调变 3、金属催化剂及其催化作用 ⑴金属和金属表面的化学键 ⑵金属和金属表面的几何构造 ⑶晶格的缺陷与位错 ⑷晶格不规整性与多相催化 ⑸金属催化剂的催化活性的经验规则 ⑹负载型催化剂的催化活性 ⑺合金催化剂及其催化作用 4、金属氧化物和硫化物催化剂及其催化作用 ⑴金属氧化物和硫化物催化剂的概述 ⑵半导体的能带结构及其催化活性 ⑶氧化物表面的 M=O 键性质与催化活性的关联 ⑷复合金属氧化物催化剂的结构化学 ⑸金属硫化物催化剂及其催化作用 5、络合催化剂及其催化作用 ⑴络合催化概述 ⑵过渡金属离子的化学键合 ⑶络合催化中的关键反应步骤 ⑷络合催化循环 ⑸配位厂的影响 第四章 工业催化剂的制备与使用
学习目的要求 本章主要讲述工业催化剂的制备和工业催化剂的使用。要求深刻理解和熟练掌 握的重点内容有:沉淀制夆法和浸渍制备法。要求一般理解与掌握的内容有:混合 制备法、离子交接制备法、熔融制备法,催化剂的使用、失活与再生。 难点:活性组分在载体上的分布与控制,催化剂的失活。 二、主要教学内容 1、工业催化剂的制备 ()沉淀法、均匀沉淀法的基本原理、步骤与注意事项 (2)浸渍法、浸渍沉淀法的基本原理、步骤与注意事项 (3)水热法的基本原理、步骤与注意事项 (4)溶胶凝胶发的基本原理、步骤与注意事项 (5离子交换法的基本原理、步骤与注意事项 工业催化剂的使用 ()运输、贮藏与填装 (2)升温与还原 3)开停车及钝化 (4)催化剂的使用、失活性与再生 第五章工业催化剂的活性评价与宏观物性表征 学习目的要求 本章主要讲述催化剂活性测试的基本概念、催化剂活性的测定和催化剂的宏观 物性及其测定 要求深刻理解和熟练掌握的重点内容有:影响催化剂活性的主要因素,催化剂的 表面积,孔结构的实验测定及其对催化反应的影响。 要求—般理解与掌握的内容有∵催化剂活性的实验测定方法,催化剂的机械强度 的测定 难点:内扩散对催化反应的影响及其消除方法。课外自学现代运用现代物理方法 分析表征催化剂的结构:XRD、IR、XPS、TPR等
6 一、学习目的要求 本章主要讲述工业催化剂的制备和工业催化剂的使用。要求深刻理解和熟练掌 握的重点内容有：沉淀制备法和浸渍制备法。要求一般理解与掌握的内容有：混合 制备法、离子交接制备法、熔融制备法 ，催化剂的使用、失活与再生。 难点：活性组分在载体上的分布与控制，催化剂的失活。 二、主要教学内容 1、工业催化剂的制备 ⑴沉淀法、均匀沉淀法的基本原理、步骤与注意事项 ⑵浸渍法、浸渍沉淀法的基本原理、步骤与注意事项 ⑶水热法的基本原理、步骤与注意事项 ⑷溶胶-凝胶发的基本原理、步骤与注意事项 ⑸离子交换法的基本原理、步骤与注意事项 二、工业催化剂的使用 ⑴运输、贮藏与填装 ⑵升温与还原 ⑶开停车及钝化 ⑷催化剂的使用、失活性与再生 第五章 工业催化剂的活性评价与宏观物性表征 一、学习目的要求 本章主要讲述催化剂活性测试的基本概念、催化剂活性的测定和催化剂的宏观 物性及其测定。 要求深刻理解和熟练掌握的重点内容有：影响催化剂活性的主要因素，催化剂的 表面积，孔结构的实验测定及其对催化反应的影响。 要求一般理解与掌握的内容有：催化剂活性的实验测定方法，催化剂的机械强度 的测定。 难点：内扩散对催化反应的影响及其消除方法。课外自学现代运用现代物理方法 分析表征催化剂的结构：XRD、IR、XPS、TPR 等
二、主要教学内容 1、催化剂性能测试的基本概念 (1)活性测试的目标 (2)实验室活性测试反应器的类型类型及应用 催化剂活性的测定 ()影响催化剂活性测定的因素 (2测定活性的实验方法 (3)活性测试的实例 3、催化剂的宏观物性及其测定 (1)催化剂的表面积及其测定 (2)催化剂的孔结构及其测定 (3)催化剂机械强度的测定 4、催化剂的物相结构测定、表面化学键合状态的测定等* 三、课堂讨论选题 1、实验室制备一种催化剂,要对其进行物理化学性质迸行全面系统的表征,需要进 行哪些方面的表征? 【成绩考核方式】 1、成绩评定总则 平时成绩×20%十考试成绩×70%(课程论文成绩)=总评成绩 2、平时成绩评定 根据课堂提问回答情况,作业完成情况及课堂考勤记录打分,满分100分 3、期末考核评定 考核方式采用闭卷方式(或课程论文),满分为100分。考核内容覆盖全书, 不回避重点和难点,着重考察学生对基本概念的掌握及基本公式(方程)的实 际运用能力。 【教材与参考书目】 指定教材 黄仲涛主编,《工业催化》,化学工业出版社,194年5月第1版。 参考书目:
7 二、主要教学内容 1、催化剂性能测试的基本概念 ⑴活性测试的目标 ⑵实验室活性测试反应器的类型类型及应用 2、催化剂活性的测定 ⑴影响催化剂活性测定的因素 ⑵测定活性的实验方法 ⑶活性测试的实例 3、催化剂的宏观物性及其测定 ⑴催化剂的表面积及其测定 ⑵催化剂的孔结构及其测定 ⑶催化剂机械强度的测定 4、催化剂的物相结构测定、表面化学键合状态的测定等* 三、课堂讨论选题 1、实验室制备一种催化剂，要对其进行物理化学性质进行全面系统的表征，需要进 行哪些方面的表征？ 【成绩考核方式】 1、成绩评定总则 平时成绩×20%＋考试成绩×70%（课程论文成绩）＝总评成绩 2、平时成绩评定 根据课堂提问回答情况，作业完成情况及课堂考勤记录打分，满分 100 分 3、期末考核评定 考核方式采用闭卷方式（或课程论文），满分为 100 分。考核内容覆盖全书， 不回避重点和难点，着重考察学生对基本概念的掌握及基本公式（方程）的实 际运用能力。 【教材与参考书目】 指定教材： 黄仲涛主编，《工业催化》，化学工业出版社，1994 年 5 月第 1 版。 参考书目：
1、李奇,陈光巨编著,《材料化学》,高等教育出版社,2004年12月 2、傅献彩,沈文霞等编著,《物理化学》(下册),高等教育出版社,2006年1 月 3、王尚弟,孙俊全著,《催化剂工程导论》化学工业出版社,2001年8月第1版。 【有关说明(教学建议)】 1、本课程一门选修课,供化学工程与工艺专业、工业分析专业、应用化学专业、化 学教育专业的公共选修课,学时少,所以对教材的部分内容仅作一般性介绍。 2、本课程是一门实践性很强且与生产实践联系紧密的课程,在教学过程中应组织学 生到设备制造厂和化工生产厂进行参观,起到辅助教学的作用 (编制:王丹军/审核:高楼军)
8 1、李奇，陈光巨 编著，《材料化学》，高等教育出版社，2004 年 12 月。 2、傅献彩，沈文霞等 编著，《物理化学》（下册），高等教育出版社，2006 年 1 月。 3、王尚弟，孙俊全 著，《催化剂工程导论》化学工业出版社，2001 年 8 月第 1 版。 【有关说明（教学建议）】 1、本课程一门选修课，供化学工程与工艺专业、工业分析专业、应用化学专业、化 学教育专业的公共选修课，学时少，所以对教材的部分内容仅作一般性介绍。 2、本课程是一门实践性很强且与生产实践联系紧密的课程，在教学过程中应组织学 生到设备制造厂和化工生产厂进行参观，起到辅助教学的作用。 （ 编制：王丹军/ 审核：高楼军）