多孔氧化铝制备与催化应用

多孔氧化铝是工业催化剂的重要载体，是支撑石油化工和化学工业高质量发展的基石和支柱，广泛应用于催化重整、烷烃脱氢、环氧化、异构化、加氢裂化、加氢脱硫脱硝等重要工业过程。本书是大连理工大学陆安慧教授联合中科院大连化物所、福州大学、中石化石科院、南京大学、上海交通大学等单位，在国家重点研发计划“高性能多孔氧化铝小球及相关催化剂创制与工业应用”支持下完成的成果。

《多孔氧化铝制备与催化应用》是“先进化工材料关键技术丛书”（第二批）的一个分册。多孔氧化铝是工业催化剂的核心材料之一，也是非常重要的化工原料。本书基于多孔氧化铝的重要性、复杂性和广泛的适用性，对多孔氧化铝的结构、性质与催化应用进行详细梳理，包括多孔氧化铝的结构与表征、设计与合成、制备方法、成型技术、催化应用等方面，以期为相关领域的发展提供指导和借鉴。《多孔氧化铝制备与催化应用》是多项国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目等成果的系统总结。适合化工、材料领域，尤其是炼油、石油化工、煤化工、精细化工、环保等行业中从事催化剂研究的科研、生产及管理人员阅读，也可供高等学校化学、化工、材料及相关专业师生参考。

陆安慧，大连理工大学教授、博士生导师，精细化工国家重点实验室副主任，辽宁省低碳资源高值化利用重点实验室主任。2011年获辽宁省青年科技奖十大英才称号，2012年获国家杰出青年科学基金，2014年入选科技部中青年科技创新领军人才，2015年获教育部“长江学者”特聘教授，2016年入选中组部万人计划，同年获辽宁省优秀科技工作者称号。作为第一完成人获2014年辽宁省自然科学一等奖，2016年获中国化学会-巴斯夫公司青年知识创新奖，连续入选Elsevier化学领域中国高被引学者。面向国家重大战略需求和国际科技前沿，聚焦能源高效清洁利用领域，主要致力于新型吸附剂、催化剂的制备及在气体吸附分离、能源催化转化过程中的基础和应用研究，包括CO2捕集、烷烃/烯烃分离、烷烃脱氢制烯烃、乙醇制芳香醇与高碳醇等。提出“纳米空间限域热解”策略，创制胶体型炭，建立纳米碳材料孔道与形貌的精准调变及功能高效集成方法，显著提升CO2及烷烃/烯烃吸附分离性能；在国际率先提出非金属硼基材料催化低碳烷烃制烯烃的路线，实现了低碳资源临氧催化转化过程创新；突破核心催化剂制备关键，研发出高效丙烷脱氢催化剂和乙醇催化转化制芳香醇醛催化剂。2021年作为首席科学家获批国家重点研发计划专项“高性能多孔氧化铝小球及相关催化剂创制与工业应用”。朱海波，福州大学教授，博士生导师。2009年在上海交通大学（与中石化上海石油化工研究院联合培养）获得应用化学专业博士学位。2009～2010年在法国国家科学研究中心（CNRS）下属的表面化学实验室从事博士后研究（合作导师：Jean-Marie Basset教授）。2010年随Basset教授到沙特阿卜杜拉国王科技大学（King Abdullah University of Science and Technology）工作，担任研究科学家，完成了来自DOW、SABIC和Crystal Global等多个国际公司的科研项目。2016年加入福州大学，并被聘为“闽江学者”特聘教授。主要从事催化材料的可控合成、催化剂的微观结构表征、催化反应工程等方面的基础理论研究与相关工业应用开发的工作。已完成自然科学基金1项，在研国家自然科学基金2项、国家重点研发计划课题1项、其他省部级项目3项。在国际催化主流学术期刊发表论文50余篇，申请发明专利20件。担任多个国际著名期刊的审稿人，在国际、国内重要的学术会议上做10余次学术报告。近年来在多孔催化材料的研制及催化应用方面取得了系列研究进展，创制了系列新型氧化铝、分子筛催化材料，提出了多组分金属在多孔材料表面和分子筛孔道内的可控负载技术，构建了抗烧结、抗积炭的低碳烷烃脱氢催化剂。贺雷，大连理工大学副教授、硕士生导师。2014年毕业于中国科学院大连化学物理研究所，获得工业催化博士学位。目前从事低碳小分子的催化转化相关领域的基础研究，包括催化材料设计合成和原位表征研究，重点关注甲烷、二氧化碳以及乙醇分子的催化转化过程，发展了系列氧化铝负载型高分散金属催化剂，创制了多组元氧化物纳米薄层熵稳定催化剂体系。主持国家自然科学基金青年基金、博士后基金等项目，作为骨干参与国家重点研发计划、国家自然科学基金中德合作项目、面上项目等10余项。已在Angew Chem Int Ed、J Catal、AIChE J、ACS Catal等国际权威期刊发表论文30余篇，他引1000余次。

第一章 绪论001第一节　概述002第二节　氧化铝的基本结构003第三节　多孔氧化铝制备技术006一、传统合成工艺007二、新的合成工艺008第四节　多孔氧化铝的催化应用010第五节　技术展望013参考文献014第二章 多孔氧化铝的结构与表征017第一节　氧化铝晶体结构与表征018一、氧化铝的晶型分类019二、氧化铝的晶型转变021三、氧化铝的晶体结构表征023第二节　表面结构与表征032一、氧化铝表面羟基033二、氧化铝表面缺陷036三、氧化铝表面酸碱性042第三节　孔隙结构与表征046一、孔结构分类047二、孔结构表征方法049三、氧化铝载体的孔结构065四、氧化铝孔结构的控制方法069参考文献075第三章 多孔氧化铝的设计合成079第一节　高温热解法080一、硫酸铝铵热解法080二、碳酸铝铵热解法081第二节　溶胶-凝胶法083一、水解溶胶-凝胶法083二、非水解溶胶-凝胶法083第三节　水/溶剂热法085一、水热温度087二、水热时间088三、溶剂089四、反应的pH值089五、反应的沉淀剂090第四节　沉淀法091一、直接沉淀法091二、均匀沉淀法092三、共沉淀法093第五节　模板法093一、硬模板法094二、软模板法095三、总结097第六节　固相法098第七节　微乳液法099一、微乳液的定义099二、反相微乳液法制备纳米微粒的反应机理和影响因素100第八节　电渗析法102一、电渗析法制备氧化铝原理102二、电渗析法制备氧化铝优缺点104三、影响电渗析法的关键因素105四、电渗析法制备氧化铝进展106第九节　静电纺丝法108一、静电纺丝技术109二、氧化铝纳米纤维的制备116第十节　其他方法119一、“自上而下”颗粒刻蚀法119二、“自下而上”液相晶面保护生长法120参考文献122第四章 多孔氧化铝的工业制备与成型技术127第一节　多孔氧化铝的工业制备128一、拜耳法129二、烧结法131三、拜耳-烧结联合法135四、酸法140五、胆碱法144六、酸碱联合法145七、热解法147第二节　氧化铝成型的基础理论148一、氧化铝成型的意义和要求149二、粉体的性质153三、颗粒的数值模拟161第三节　氧化铝成型的工艺171一、成型氧化铝的影响因素171二、成型氧化铝的强度176三、重要的成型方法179参考文献209第五章 催化活性组分负载方法213第一节　浸渍法214一、基本原理214二、浸渍法优缺点216三、影响因素216四、研究进展223第二节　沉淀法237一、基本原理237二、沉淀法优缺点241三、影响沉淀的因素241四、沉淀法的分类243五、沉淀的后处理过程244六、研究进展248第三节　混合法253一、基本原理253二、混合法优缺点255三、影响因素255四、研究进展256第四节　喷雾热解法258一、基本原理258二、喷雾热解法优缺点258三、影响因素259四、研究进展260第五节　原子层沉积法264一、催化剂制备原子层沉积过程264二、主要设备和工艺265三、原子层沉积技术制备催化剂的案例266四、研究进展270第六节　表面金属有机化学合成法277一、表面金属有机化学的基本原理278二、表面金属有机化学法中Al2O3载体的作用280三、表面金属有机化学制备负载型催化剂的优点282四、表面金属有机化学合成金属催化剂283五、研究进展285第七节　其他制备方法290一、离子交换法290二、熔融法292三、无机金属表面化学法292四、强静电吸附法293参考文献295第六章 氧化铝负载催化剂303第一节　石脑油催化重整304一、催化重整的重要意义304二、催化重整反应305三、催化重整催化剂309第二节　烷烃催化脱氢316一、烷烃催化脱氢的重要意义 316二、烷烃催化脱氢反应318三、烷烃脱氢催化剂320第三节　烃类异构化336一、烃类异构化的重要意义336二、烃类异构化反应338三、烃类异构化催化剂340第四节　油品加氢精制346一、加氢精制的重要意义346二、加氢精制有关反应348三、加氢精制催化剂351第五节　烃类水蒸气转化361一、烃类水蒸气转化的重要意义361二、烃类水蒸气转化反应363三、烃类水蒸气转化催化剂366第六节　其他372一、烃类加氢裂化催化剂372二、克劳斯尾气处理催化剂376参考文献380索引391