結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器

第一章　緒論 / 1
第一節(jié)　結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器（SCRs）的發(fā)展歷程 1
一、化工過程強(qiáng)化與SCRs 概念的提出 1
二、結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器和傳統(tǒng)催化反應(yīng)器的比較 5
第二節(jié)　結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的主要特征及分類 7
一、規(guī)則空隙結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器 8
二、非規(guī)則三維（3D）空隙結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器 14
三、多級孔結(jié)構(gòu)微納催化劑與反應(yīng)器 16
第三節(jié)　結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的標(biāo)志性工業(yè)應(yīng)用與示范例 17
一、規(guī)則空隙結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器 17
二、非規(guī)則三維（3D）空隙結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器 20
三、多級孔結(jié)構(gòu)微納催化劑與反應(yīng)器 21
第四節(jié)　結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的機(jī)遇與挑戰(zhàn) 23
參考文獻(xiàn) 25

第一篇　規(guī)則空隙結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器 / 29
第二章　規(guī)則空隙結(jié)構(gòu)基體及結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器 / 31
第一節(jié)　規(guī)則空隙結(jié)構(gòu)基體32
一、獨(dú)居石基體 32
二、微通道基體 35
三、有序排列結(jié)構(gòu)基體 36
第二節(jié)　獨(dú)居石結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器 39
一、獨(dú)居石催化劑的基本類型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 39
二、獨(dú)居石催化劑的基本構(gòu)型及性質(zhì) 40
三、獨(dú)居石催化劑的設(shè)計(jì) 44
四、獨(dú)居石催化劑的優(yōu)缺點(diǎn) 51
第三節(jié)　微通道催化反應(yīng)器53
一、微通道催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類型 53
二、催化活性組分負(fù)載方式 55
第四節(jié)　有序排列結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器 55
一、顆粒排列式催化反應(yīng)器（particles-arranged catalytic reactors） 56
二、活性組分沉積式催化反應(yīng)器（deposited catalytic reactors） 58
三、燭式催化反應(yīng)器（candle catalytic reactors） 58
第五節(jié)　膜催化反應(yīng)器 59
參考文獻(xiàn) 61

第三章　規(guī)則空隙結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的傳遞現(xiàn)象 / 65
第一節(jié)　蜂窩結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的氣固熱/ 質(zhì)傳遞 65
一、熱量傳遞的影響因素 66
二、熱傳導(dǎo)和對流傳熱 66
三、有效因子及通道幾何構(gòu)型的優(yōu)選 71
四、氣固傳質(zhì) 73
五、壓力降 75
第二節(jié)　蜂窩結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的多相質(zhì)量傳遞 76
一、液固質(zhì)量傳遞 76
二、氣液質(zhì)量傳遞 77
三、氣固質(zhì)量傳遞 78
第三節(jié)　蜂窩結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的多相流體力學(xué) 79
一、流區(qū) 79
二、壓力降 83
三、液體滯留量 85
四、停留時(shí)間分布 87
五、非理想流動模型 88
第四節(jié)　有序排列結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的流動與傳遞 89
一、平行通道催化劑與反應(yīng)器 89
二、橫向流催化劑與反應(yīng)器 90
三、壁面催化劑與反應(yīng)器 92
四、列陣式催化劑與反應(yīng)器 94
第五節(jié)　其它結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的流動與傳遞 94
參考文獻(xiàn) 95

第四章　規(guī)則空隙結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的制造技術(shù) / 99
第一節(jié)　蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)基體的制造 99
一、概述 99
二、擠壓成型工藝 100
第二節(jié)　金屬蜂窩結(jié)構(gòu)基體的制造 105
一、金屬蜂窩的結(jié)構(gòu)特征 106
二、金屬蜂窩結(jié)構(gòu)基體的設(shè)計(jì)和制造 108
第三節(jié)　炭蜂窩結(jié)構(gòu)基體的制造 112
一、整體炭蜂窩的制備 112
二、炭涂層蜂窩陶瓷制備 114
第四節(jié)　蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的制造 116
一、蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)上載體層的沉積 117
二、蜂窩陶瓷載體催化活性組分的負(fù)載 119
第五節(jié)　金屬蜂窩結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的制造 120
參考文獻(xiàn) 122

第五章　規(guī)則空隙結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的工業(yè)催化應(yīng)用 / 126
第一節(jié)　催化氧化 126
一、乙烷氧化脫氫 126
二、選擇性氧化 128
三、其它催化氧化 130
第二節(jié)　催化加氫 132
一、炔烴半加氫制烯烴 132
二、烯烴和芳烴選擇性加氫 133
三、醛/ 酮、酸和酯選擇性加氫 134
四、雜官能團(tuán)選擇性加氫 135
五、其它催化加氫 135
第三節(jié)　合成氣轉(zhuǎn)化 137
一、甲烷化：合成天然氣 137
二、費(fèi)-托合成 138
三、甲醇合成及甲醇轉(zhuǎn)化 140
四、其它反應(yīng)過程 142
第四節(jié)　烴或含氧烴重整制合成氣 142
一、甲烷重整 142
二、低碳烷烴重整 143
三、石腦油重整 143
四、醇類重整 144
五、自熱重整 145
六、其它重整 148
第五節(jié)　其它應(yīng)用 149
一、裂解反應(yīng) 149
二、水煤氣變換反應(yīng) 150
三、合成氨 150
參考文獻(xiàn) 150

第六章　規(guī)則空隙結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的環(huán)境催化應(yīng)用 / 159
第一節(jié)　機(jī)動車尾氣凈化159
一、概述 159
二、汽油車尾氣凈化 161
三、柴油車尾氣凈化 168
第二節(jié)　固定源NOx 的脫除 179
一、概述 179
二、氧化釩基脫硝催化劑 179
三、非釩基脫硝催化劑 182
四、脫硝催化劑的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)器設(shè)計(jì) 184
第三節(jié)　VOCs/ 甲烷催化燃燒脫除 186
一、概述 186
二、VOCs 催化燃燒催化劑 187
三、丙烷等的催化燃燒 188
四、含氯VOCs 的催化燃燒 191
五、甲烷催化燃燒催化劑 193
參考文獻(xiàn) 198

第二篇　非規(guī)則三維（3D）空隙結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器 / 209
第七章　非規(guī)則3D 空隙結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器 / 211
第一節(jié)　非規(guī)則3D 空隙結(jié)構(gòu)基體 212
一、纖維基體 213
二、絲網(wǎng)基體 215
三、編織線基體 216
四、泡沫 217
第二節(jié)　機(jī)遇與挑戰(zhàn) 219
參考文獻(xiàn) 220

第八章　非規(guī)則3D 空隙結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的傳遞現(xiàn)象 / 227
第一節(jié)　多孔材料內(nèi)的流體流動 228
一、多孔材料內(nèi)流體流動機(jī)理 228
二、多孔材料內(nèi)的流動類型 228
第二節(jié)　纖維/ 泡沫（Foam/Fiber）結(jié)構(gòu)催化劑“氣-固”反應(yīng)的滲透性能230
一、多孔材料的滲透性能方程 230
二、纖維結(jié)構(gòu)催化劑的滲透性 233
三、泡沫結(jié)構(gòu)催化劑的滲透性 240
第三節(jié)　纖維/ 泡沫結(jié)構(gòu)催化劑“氣-固”反應(yīng)的傳熱性能 242
一、多孔材料強(qiáng)化傳熱 244
二、纖維結(jié)構(gòu)催化劑的傳熱性能 245
三、銅纖維包結(jié)細(xì)顆粒Ni 催化劑在甲烷干重整中的傳熱性能 249
四、泡沫結(jié)構(gòu)催化劑的傳熱性能 256
五、泡沫鎳結(jié)構(gòu)催化劑在CO 甲烷化中的傳熱性能 261
第四節(jié)　纖維/ 泡沫結(jié)構(gòu)催化劑“氣-固”反應(yīng)的傳質(zhì)性能 265
一、纖維結(jié)構(gòu)催化劑的傳質(zhì)性能 265
二、泡沫結(jié)構(gòu)催化劑的傳質(zhì)性能 268
三、泡沫鎳結(jié)構(gòu)催化劑在CO 甲烷化中的傳質(zhì)性能 270
第五節(jié)　纖維/ 泡沫結(jié)構(gòu)催化劑含液相反應(yīng)的傳遞現(xiàn)象 273
一、纖維結(jié)構(gòu)催化劑含液相反應(yīng)的傳遞現(xiàn)象 273
二、泡沫結(jié)構(gòu)催化劑含液相反應(yīng)的傳遞現(xiàn)象 274
參考文獻(xiàn) 275

第九章　非規(guī)則3D 空隙結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的制備 / 282
第一節(jié)　非規(guī)則3D 空隙結(jié)構(gòu)基體的傳統(tǒng)涂層催化功能化 283
一、分散載體沉積 283
二、催化活性組分負(fù)載 286
第二節(jié)　非規(guī)則3D 空隙結(jié)構(gòu)基體的非涂層催化功能化 287
一、原電池置換沉積法（galvanic deposition，GD） 287
二、濕式刻蝕法 288
三、水蒸氣氧化同源衍生法 289
四、水熱合成法 290
五、原位生長分子篩法 291
六、原位生長水滑石法 293
七、偶聯(lián)劑輔助法 296
八、原位合成催化活性組分法 297
第三節(jié)　非規(guī)則3D 空隙結(jié)構(gòu)基體包結(jié)催化劑/ 吸附劑細(xì)顆粒技術(shù) 300
參考文獻(xiàn) 301

第十章　非規(guī)則3D 空隙結(jié)構(gòu)催化劑與反應(yīng)器的應(yīng)用 / 307
第一節(jié)　催化氧化 307
一、氧化脫氫 308
二、選擇性氧化 309
三、甲烷/ VOCs 催化燃燒 311
四、其它催化氧化 313
第二節(jié)　催化加氫 315
一、草酸二甲酯加氫 315
二、CO2 加氫制甲醇 318
三、其它催化加氫 320
第三節(jié)　合成氣轉(zhuǎn)化 320
一、甲烷化：合成天然氣 320
二、費(fèi)-托合成 321
三、甲醇合成及甲醇轉(zhuǎn)化 323
四、草酸二甲酯、碳酸二甲酯合成 326
第四節(jié)　烴和含氧烴重整制合成氣 328
一、甲烷重整 328
二、醇類重整制氫 332
三、其它重整 334
第五節(jié)　其它應(yīng)用 334
一、臭氧（O3）分解 334
二、移動制氫與純化 336
三、空氣凈化 338
四、超級電容器 340
五、硝酸-苯硝化反應(yīng) 341
六、催化精餾 342
參考文獻(xiàn) 345

第三篇　多級孔結(jié)構(gòu)微納催化劑與反應(yīng)器 / 355
第十一章　多級孔結(jié)構(gòu)微納催化劑與反應(yīng)器及制備 / 357
第一節(jié)　多級孔分子篩催化劑 357
一、多級孔分子篩材料概述 357
二、多級孔分子篩材料的合成與性質(zhì) 358
第二節(jié)　多級孔金屬氧化物催化劑 364
一、有序介孔過渡金屬氧化物 364
二、有序大孔過渡金屬氧化物 369
第三節(jié)　多級孔碳催化劑376
一、多級孔碳材料概述 376
二、多級孔碳材料的合成方法 376
三、多級孔碳材料的應(yīng)用研究 381
第四節(jié)　展望 382
參考文獻(xiàn) 383

第十二章　多級孔結(jié)構(gòu)微納催化劑與反應(yīng)器的環(huán)境催化應(yīng)用 / 390
第一節(jié)　空氣凈化——光催化氧化 390
一、甲烷/VOCs 脫除 390
二、NOx 和SOx 脫除 393
三、CO 氧化 395
四、臭氧（O3）分解 397
五、煙塵氧化 399
第二節(jié)　水處理 399
一、有機(jī)物降解 400
二、有機(jī)染料降解 402
三、金屬吸附 405
第三節(jié)　自清潔 407
參考文獻(xiàn) 411

第十三章　多級孔結(jié)構(gòu)微納催化劑與反應(yīng)器的能源儲存與轉(zhuǎn)化應(yīng)用 / 423
第一節(jié)　能源存儲 424
一、鋰離子電池 424
二、超級電容器 428
三、儲氫 429
第二節(jié)　能源轉(zhuǎn)化 432
一、太陽能制化學(xué)品 432
二、太陽能存儲與發(fā)電 434
三、燃料電池 437
參考文獻(xiàn) 439

第十四章　多級孔結(jié)構(gòu)微納催化劑的CO2 轉(zhuǎn)化與利用 / 444
第一節(jié)　CO2 熱催化轉(zhuǎn)化 444
一、CO2 加氫制甲醇 444
二、CO2 加氫制烯烴及油品：雙功能顆?！拔⒓{接觸”的催化調(diào)控效應(yīng) 446
第二節(jié)　CO2 光催化轉(zhuǎn)化：人工光合作用及人造樹葉 455
一、“納-微-宏”多級結(jié)構(gòu)的一體化構(gòu)筑 456
二、人造樹葉 456
參考文獻(xiàn) 461

索引 / 463