前言

绿色催化为化学工业及相关过程工业领域的清洁生产带来重大变革，在解决资源、环境、经济三者矛盾和统一的过程中发挥至关重要的作用。尽可能选择具有原子经济特征、高选择性和高催化活性的反应，生产环境友好的产品，将有望从源头上消除污染和节省资源。

悬浮态纳米催化剂具有良好的催化活性、高效的传热传质效率、超低的外扩散阻力等优点，在液-固体系和气-液-固催化反应系统中应用非常广泛。然而，悬浮态纳米催化剂的固液分离非常困难，传统的板框过滤和离心分离无能为力，有机膜或无机膜等精密过滤器的分离效率也十分低下，分离能耗高，由于多次循环浓缩致使催化剂易磨损流失，更重要的是膜分离最后仍残留部分浓缩液，不能使催化剂和液相彻底分离。因此，悬浮态纳米催化剂的固液分离问题是催化领域多年来面临的国际性难题。

磁性催化剂的巧妙设计有望解决这一根本性难题。其基本思路是采用超顺磁性纳米颗粒为载体，通过化学控制方法将催化活性组分负载于磁性颗粒表面，形成具有壳核结构或混合型结构的磁性催化剂。由于磁性催化剂的整体尺度仍控制在纳米范畴，在不同溶剂中具有良好的分散性，使得反应物与纳米粒子表面的活性基团有着更为紧密的接触，其转化率和选择性等均优于块状成型催化剂。同时，在外加磁场的作用下，磁性催化剂被快速磁化，在磁场环境下聚集，从反应系统中分离出来；当撤销外部磁场时，磁性催化剂的磁性消失，又可以重新分散在液相中，实现催化剂重复使用。磁性催化剂使得多相催化剂“均相化”，并使均相催化剂“多相化”，同时具备悬浮态和负载型催化剂的特征。

笔者多年来一直致力于悬浮态催化剂的分离问题研究，先后研究了磁性介孔氧化钛光催化剂、磁性钛硅分子筛、磁性超强固体碱、磁性糠醛液相加氢铜硅催化剂等多种磁性催化剂。承担完成了山西省科技重大专项“磁性钛硅基催化剂制备及磁分离反应装置开发”（项目编号20111101013），以及“磁性介孔氧化钛光催化剂降解硝基废水”、“磁性介孔钛硅催化剂处理鞣酸废水”、“磁稳流化床多相催化氧化技术”等横向课题。结合笔者和其课题组的研究经历，本书将磁性催化剂的设计、制备、表征和评价的思想和手段加以整理和总结，希望为从事该研究方向的同行提供一些有用的信息和参考。

本书从磁性催化剂涉及的磁学基础、磁学概念和磁性载体的要求入手。阐述了单分散磁性载体的制备及表征、稳定磁性悬浮物的调控、磁性催化剂的设计和构造相关理论。详细说明了磁性钛硅分子筛、磁性介孔壳结构氧化钛、磁性固体碱和磁性固体酸四大类常用磁性催化剂的制备、表征和催化评价。最后，讲述了磁性催化剂所用的磁分离和反应装置的结构和设计。

在本书成稿之际，首先感谢我的老师刘有智教授和曹端林教授的培养与关怀；感谢山西省科技厅及基金委、山西省生态环境研究中心、山西兴安化学工业集团有限责任公司功能材料研制部、太原矿山机器厂工程液压机械修配厂等在研究经费和装置研发方面给予的大力支持；李军平、柳来栓、李同川等老师在研究过程中提供了许多帮助和建议；王东琴、张茹、张齐、杨阳、孙翠桃、薛泽慧等硕士研究生参与了大部分磁性催化剂实验研究工作，在此一并衷心表示感谢。最后，感谢爱人王燕萍和儿子李成杰在我人生身心最低谷时陪我走过那段最艰难的时光。

另外，本书参考了大量的研究文献，已在书中以参考文献形式列出，在此对各位专家表示敬意。

由于笔者水平有限、经验欠缺，书中难免存在不少有待商榷的观点和问题，敬请同行专家学者批评指正。

李裕　　

2015年6月于中北大学