Si掺杂对Cu/ZrO2催化CO2加氢制甲醇性能的影响

为了提高Cu/ZrO₂催化剂在二氧化碳加氢制甲醇中的催化活性,制备了一系列不同Si/Zr的Si-ZrO₂载体并负载5%（质量分数）Cu得到了Cu/Si-ZrO₂催化剂。对所制备的催化剂进行了X射线衍射（XRD）、N₂物理吸脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）、二氧化碳程序升温脱附（CO₂-TPD）及高分辨透射电子显微镜 （HRTEM） 的表征。结果表明,Si的掺杂使得Cu/ZrO₂体系获得了稳定的晶相,大的比表面积和更多的碱性位点,尤其是中强碱性位点,同时产生了更多的氧空位,促进了CO₂的吸附和转化,因此得到了更高活性的催化剂。当Si与Zr的摩尔比为0.2时,在质量空速为6000 ml·g^-1·h^-1,温度为220℃、压力为3.0 MPa,V（H₂）∶V（CO₂）=3∶1（体积比）条件下,催化剂的CO₂转化率为4.6%,CH₃OH选择性为85%。     

ZrO2-Al2O3复合氧化物催化反应精馏合成碳酸二甲酯

采用共沉淀法制备了一系列不同Al₂O₃含量的ZrO₂-Al₂O₃复合氧化物,并在催化精馏实验装置中考察了该催化剂在碳酸丙烯酯（PC）与甲醇酯交换制备碳酸二甲酯（DMC）过程中的催化性能。通过X射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、CO₂程序升温脱附（CO₂-TPD）和NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）等手段对所制备的催化剂进行了表征。结果表明,催化剂表面存在的酸碱性位点是制约PC与甲醇酯交换性能的重要因素。复合氧化物中Al₂O₃含量可以有效调控催化剂的结构特征和表面的酸碱性质,不同于ZrO₂或Al₂O₃单金属催化剂,复合氧化物ZrO₂-Al₂O₃在合成过程中形成了稳定的固溶体结构,导致催化剂表面弱酸量增加,并产生了强碱位点。数据分析表明,催化剂表面的强碱和弱酸含量高时,其催化活性高,说明该反应具有酸碱协同催化作用。当Zr/Al比为1时,弱酸和强碱量均达到最大值,PC的转化率和DMC选择性可达到98.14%和99.96%。催化剂在经过12次循环使用后依旧保持较高的活性,具有良好的结构稳定性。     

焙烧温度对MnZnOx物化性质及催化性能的影响

采用湿化学共沉淀法制备了MnZnO_x固溶结构催化剂,考察了焙烧温度对催化剂物化性质和催化性能的影响。采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、N₂吸附-脱附、CO₂-TPD（程序升温脱附）及H₂-TPR（程序升温还原）等手段对不同焙烧温度下催化剂物化性质进行了分析表征。结果表明,焙烧温度对MnZnO_x晶相组成、孔结构性质、二氧化碳吸附特性及表面氧空位浓度等物化性质影响较大。500 ℃焙烧条件下制得的MnZnO_x催化剂形成了具有丰富的表面氧空位、较大的二氧化碳吸附量和介孔孔容且溶质组分分散均匀的固溶结构。在反应压力为3.0 MPa、反应空速（GHSV）为14 400 mL/（g·h）、V（氢气）∶V（二氧化碳）∶V（氮气）=72∶24∶4条件下,MnZnO_x催化剂于380 ℃表现出优异的催化性能,甲醇选择性为86.1%、二氧化碳转化率为16.0%、甲醇时空产率（STY）达0.68 g_MeOH /（h·g_cat）。     

溶胶-凝胶法制备Cu-ZnO-ZrO2催化剂：柠檬酸用量对催化剂性能的影响

采用溶胶-凝胶法以铜、锌、锆硝酸盐和柠檬酸为原料，改变柠檬酸用量，制备出一系列Cu-ZnO-ZrO₂催化剂。通过X射线衍射仪（XRD）、热重分析仪（TG-DTG-DTA）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、CO₂程序升温脱附（CO₂-TPD）、红外光谱仪（FTIR）及BET比表面积等表征手段对干凝胶及催化剂理化性能进行测试，并在催化反应活性评价装置上对催化剂的CO₂加氢合成甲醇反应活性进行评价，研究凝胶过程中Cu²⁺、Zn²⁺、Zr⁴⁺与柠檬酸结合方式对催化剂性能的影响。结果表明：改变柠檬酸用量可调控Cu²⁺、Zn²⁺、Zr⁴⁺与羧酸的配位方式，配位能力较强的Cu²⁺、Zn²⁺在凝胶制备过程中参与三维网络的构筑，而配位能力相对较弱的Zr⁴⁺游离于三维网络之外，从而差异化地调控催化剂中活性组分CuO、ZnO、ZrO₂晶粒尺寸大小。当柠檬酸的摩尔量为金属离子摩尔量的1.5倍时，催化剂中的活性成分CuO、ZnO、ZrO₂晶粒尺寸相互匹配，表现出较好的CO₂加氢合成甲醇催化性能。     

焙烧温度对CuMgAl催化剂催化糠醇加氢制戊二醇的影响

采用共沉淀法制得物质的量比为n(Cu²⁺)∶n(Mg²⁺)∶n(Al³⁺)=10∶65∶25的CuMgAl类水滑石前体（CMA-HT），经过不同温度焙烧制得CuMgAl水滑石催化剂。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TG）、X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、N₂-物理吸附、程序升温还原（H₂-TPR）、H₂-程序升温脱附（H₂-TPD）、CO₂-程序升温脱附（CO₂-TPD）和NH₃-程序升温脱附（NH₃-TPD）等对催化剂的结构进行表征，在高压反应釜中考察了CuMgAl水滑石催化剂催化糠醇（FFA）加氢制1,2-戊二醇（1,2-PeD）和1,5-戊二醇（1,5-PeD）的催化性能。研究结果表明，焙烧温度对催化剂的结构及其催化性能具有显著的影响，金属活性中心和碱性位随焙烧温度的升高先增加后减少。经600℃焙烧的CMA催化剂表面存在适宜的金属中心和碱性位，在金属位和碱性中心的协同催化下，表现出了优异的催化性能。在140℃，H₂压力为4 MPa的条件下，反应8 h，糠醇的转化率和戊二醇的收率分别达74.13%和58.36%。     

甘油氢解用固体超强碱负载的铜催化剂

用浸渍-燃烧法制备了固体超强碱MgO-CaO和MgO-SrO负载的高分散铜基催化剂,并将其用于甘油氢解制备1,2-丙二醇的反应。N₂吸附、X射线衍射、透射电子显微镜、H₂程序升温还原和N₂O氧化吸附及CO₂程序升温脱附等表征实验结果显示:Cu粒子均分散于Cu/MgO-CaO(或者Cu/MgO-SrO)催化剂的表面;与Cu/MgO相比,Cu/MgO-CaO和Cu/MgO-SrO具有更强的碱性,可以加速甘油的转化。上述结果表明,甘油氢解反应中铜催化剂的活性随碱性的增强而增加。     

ZrO2-Al2O3复合载体负载Ni基催化剂COx甲烷化性能

采用浸渍和粉末压片的方法制备了两种ZrO₂-Al₂O₃复合载体并用于负载Ni基催化剂，并利用氮气等温物理吸附、X射线粉末衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等分析手段对催化剂物化性质进行表征，考察了ZrO₂-Al₂O₃复合载体制备方法及ZrO₂的引入对Ni基催化剂在CO、CO₂和CO-CO₂共存的3种体系下甲烷化反应活性的影响。材料表征和活性测试结果表明，在CO甲烷化体系中，与单一Al₂O₃载体相比，引入ZrO₂的复合载体能有效提高催化剂中Ni物种的分散度从而增强CO甲烷化过程中催化剂活性，且粉末压片法较浸渍法制备的复合载体能有效提高催化剂的还原度，降低还原温度，但前者会大大降低催化剂的比表面积；在CO₂甲烷化体系中，当载体形貌和制备方法相同时，载体的变化对催化剂活性的影响较小，CO₂转化率主要受到制备方法不同引起的物理性质如比表面积变化的影响；在CO-CO₂共存体系中，由于CO在竞争吸附中比CO₂更容易占据活性位点，所以呈现出优先进行CO甲烷化再进行CO₂甲烷化、CO₂的含量先增多后减少的规律。     

Cr/SSZ-13催化二氧化碳氧化乙烷脱氢反应的研究

通过脱氢反应将低碳烷烃转化为同碳数的烯烃是烷烃高值化利用和烯烃原料多元化的重要途径。烷烃氧化脱氢制烯烃的反应具有不受反应平衡限制、积炭少、反应温度低等优点,一直是研究的热点。通过利用浸渍法制备不同铬（Cr）负载量的Cr_x/SSZ-13系列催化剂,采用氮气物理吸附、氨程序升温脱附（NH₃-TPD）、二氧化碳程序升温脱附（CO₂-TPD）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）以及高角度环形暗场-扫描透射电镜（HAADF-STEM）与耦合能谱分析（EDX-Mapping）等方法对催化剂进行了物性表征,并用微型固定床反应器评价催化剂对乙烷氧化脱氢制乙烯的催化性能,最终建立了Cr/SSZ-13催化剂的构效关系。研究发现,当n（二氧化硅）/n（氧化铝）=10时,Cr_1.5/SSZ-13-10催化剂上含有丰富的Cr³⁺物种,其中配位不饱和Cr³⁺是优异的脱氢活性位,有利于二氧化碳氧化乙烷脱氢反应的进行。因此,Cr_1.5/SSZ-13催化剂在650 ℃时表现出优异的催化性能,即二氧化碳转化率和乙烷转化率分别达到26.41%和53.2%,乙烯产率为38.83%。     

ZnO-CeO2制备及催化性能研究

利用可再生能源产生的绿氢将CO₂催化转化为甲醇,是实现碳中和的一条很有前途的路径。CO₂加氢制甲醇技术所用到的催化剂是一种ZnO-CeO₂双金属氧化物,考察了浸渍法、共沉淀法、沉淀包覆法和物理混合法等制备方法,并采用X射线晶体衍射(XRD)、N₂吸附-脱附、二氧化碳程序升温脱附(CO₂-TPD)、氢气程序升温脱附(H₂-TPD)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,对ZnO-CeO₂双金属氧化物催化剂的物化性质和催化CO₂加氢制备甲醇的性能影响进行了分析。结果表明,制备方法对催化剂物化性质和催化性能具有较大的影响。采用共沉淀法制得的ZnO-CeO₂催化剂表现出优异的催化性能,在温度为300℃、压力为4 MPa、质量空速为19 600 mL/(g·h)的反应条件下,CO₂转化率为4.61%,甲醇选择性达到80.64%,甲醇时空产率达到244.9...     

氨分解制氢棒状La x Ce1-x O y 负载Ru催化剂

氨分解得到的H₂不含CO _x 、SO _x 、NO _x 等有害物质,是其他所有含碳资源为原料制氢所不能比拟的。本文采用无模板水热法制备了一系列棒状载体,并采用沉积沉淀法制备了Ru/La _x Ce_1-x O _y 催化剂,考察了制备方法、催化剂组成对性能的影响,并通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、BET、H₂-程序升温还原（TPR）和CO₂-程序升温脱附（TPD）进行了表征。结果表明,La₂O₃掺杂量为40%的Ru/La_0.4Ce_0.6O_1.8催化剂在常压、7800h^-1、450℃下氨分解转化率为98%。该催化剂活性高归因于部分还原的CeO_2-x 对Ru的供电子性能和Ru/La_0.4Ce_0.6O_1.8催化剂表面的强碱性增加了对Ru活性位的给电子能力。同时考察了K₂O含量的影响,最优的催化剂为Ru-2%K/La_0.4Ce_0.6O_1.8,在400℃、7800h^-1氨气转化率可以达到93%。结果表明Ru-2%K/La_0.4Ce_0.6O_1.8可以作为一种新型高效氨分解催化剂,为工业化应用提供了可能,具有良好的发展前景。     

Oxidative dehydrogenation of ethylbenzene to styrene with CO2 over SnO2–ZrO2 mixed oxide nanocomposite catalysts

SnO₂–ZrO₂ nanocomposite catalysts with different compositions ranging from 0 to 100% of SnO₂ were prepared at room temperature by co-precipitation method using aqueous ammonia as a hydrolyzing agent. X-ray diffraction, transmission electron microscopic characterization revealed the SnO₂–ZrO₂ nanocomposite behavior. Acid–base properties of these catalysts were ascertained by temperature-programmed desorption (TPD) of NH₃ and CO₂. Both acidic and basic sites distribution of the nanocomposite catalysts is quite different from those of respective single oxides (SnO₂ or ZrO₂). Catalytic activity of these nanocomposite catalysts for ethylbenzene dehydrogenation (EBD) to styrene in the presence of excess CO₂ was evaluated. The change in the acid–base bi-functionality of the nanocomposite catalysts in comparison with single oxides had profound positive influence in enhancing the catalytic activity.     

Investigation of bio-ethanol steam reforming over cobalt-based catalysts

The catalytic performance of cobalt catalysts supported on γ-Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂ were studied for bio-ethanol steam reforming (BESR) reaction. The supported catalysts (10 wt%Co) were prepared by impregnation and characterized through Thermogravimetric analysis (TGA), H₂ chemisorption, laser Raman Spectroscopy, Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy (DRIFTS), and temperature-programmed reaction (TPRxn). The metallic cobalt sites were found to correlate with the BESR reaction activity. The reaction and H₂ chemisorption showed that ZrO₂ supported catalyst showed the best dispersion and best catalytic activity. Over the 10% Co/ZrO₂ catalyst, using a H₂O:EtOH:inert molar ratio of 10:1:75 and a GHSV = 5000 h⁻¹, 100% ethanol conversion and a yield of 5.5 mol H₂/mol EtOH were obtained at 550 °C and atmospheric pressure.     

Preparation of Cu/ZrO2 catalysts for methanol synthesis from CO2/H2

Cu/ZrO₂ catalysts for methanol synthesis from CO₂/H₂ were respectively prepared by deposition coprecipitation (DP) and solid state reaction (SR) methods. There is an intimate interaction between copper and zirconia, which strongly affects the reduction property and catalytic performance of the catalysts. The stronger the interaction, the lower the reduction temperature and the better the performance of the catalysts. Surface area, pore structure and crystal structure of the catalysts are mainly controlled by preparation methods and alkalinity of synthesis system. The conversion of CO₂ and selectivity of methanol are higher for DP catalysts than for SP catalysts.     

Ce和La改性固体超强酸S2O82-/ZrO2-SiO2催化剂合成及其酯化性能研究

以Zr(NO₃)₄·5H₂O和Na₂SiO₃·9H₂O为原料,利用共沉淀法制备前驱体,浸渍添加稀土Ce和La,一定温度焙烧后制得掺杂稀土S₂O₈^2-/ZrO₂-SiO₂固体超强酸。通过XRD、FT-IR和SEM对催化剂进行表征,以硬脂酸的酯化合成反应为探针,考察制备条件对催化剂性能的影响以及催化剂的重复使用率。结果表明,相对于未改性的S₂O₈^2-/ZrO₂-SiO₂催化剂,添加了Ce或La的固体超强酸酯化催化活性及重复使用性能均有提高。     

Synthesis of dimethyl carbonate from propylene carbonate and methanol using CaO–ZrO2 solid solutions as highly stable catalysts

CaO–ZrO₂ catalysts were prepared by coprecipitation and their catalytic performances were evaluated in the synthesis of dimethyl carbonate from propylene carbonate and methanol. The characterization by XRD, N₂ adsorption, XPS and CO₂–TPD indicated that Ca²⁺ ion substituted for Zr⁴⁺ ions in the host lattice to form homogeneous CaO–ZrO₂ solid solution when Ca/(Ca + Zr) ratio changed from 0.1 to 0.3, and CaO segregated at grain boundaries with Ca/(Ca + Zr) ratio from 0.4 to 0.5. As a result, the catalysts showed different activity and stability towards the transesterification of propylene carbonate and methanol into dimethyl carbonate. The activity of catalysts was improved with increase in Ca content, whereas high stability was shown with Ca/(Ca + Zr) ratio below 0.3. The formation of homogeneous CaO–ZrO₂ solid solution was responsible for the stability of catalysts.     

不同硅铝比ZSM-5负载铁基催化剂二氧化碳加氢性能

CO₂加氢在铁基催化剂上直接制取高附加值化学品是实现其资源化利用的重要途径。通过等体积浸渍法制备了不同硅铝比（25,70,150）的ZSM-5负载的铁基催化剂,考察硅铝比对铁基催化剂上CO₂加氢性能的影响。结果表明,随着硅铝比的升高,催化剂活性先升高后降低,最优化硅铝比为70。CO₂-DRIFTS和CO₂-TPD结果显示,硅铝比为70的ZSM-5载体制备的催化剂具有较多且较强的表面碱性位,促进CO₂分子的活化解离。通过H₂-TPR、XRD、Raman等表征揭示了催化剂结构的演变过程。还原后催化剂的活性金属以单质Fe形式存在,反应过程中单质Fe向Fe₃O₄和FeC_x物种转化。不同硅铝比配位环境影响Fe与C的相互作用,影响FeC_x的生成,从而影响CO₂加氢的活性和选择性。     

CeO2的形貌对CuO/CeO2催化剂CO2加氢制甲醇性能的影响

采用水热法制备CeO₂纳米颗粒（W-CeO₂）、CeO₂纳米片（S-CeO₂）、CeO₂纳米棒（B-CeO₂）及CeO₂纳米八面体（O-CeO₂）,用浸渍法负载相同质量分数的铜形成CuO/CeO₂催化剂。通过扫描电镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、自动吸附分析仪（BET）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、N₂O滴定等表征技术对催化剂进行表征,并在可控温控压的固定床石英管反应器中对催化剂的催化性能进行评价。研究了不同形貌CuO/CeO₂催化剂对CO₂加氢制备甲醇的影响;结果表明,CuO/CeO₂催化剂的催化活性存在明显的形貌依赖性,催化剂的暴露晶面、比表面积、表面碱性位点、表面氧缺陷的差异均会对CO₂转化率、甲醇选择性和产率产生影响。其中,不同形貌CeO₂优先暴露晶面的活性顺序为S-CeO₂（{100}+{110}）>W-CeO₂{100}>B-CeO₂{111}≈O-CeO₂{111},暴露晶面活性越高,催化剂表面氧缺陷越多,CuO-CeO₂间相互作用越强,则催化活性越好。当为CuO/S-CeO₂时,催化剂表面中碱性位点最多,催化剂比表面积为88.8m²/g,铜分散度为19.2%,CO₂转化率为6.56%,甲醇选择性和收率为96.3%和0.063g/(g_cat·h),催化活性最好,由活性评价试验得转化率由高到低依次为S-CeO₂>B-CeO₂>W-CeO₂>O-CeO₂,可知CeO₂形貌差异会决定CuO/CeO₂催化剂的物化性能和催化活性,从而提升对不同形貌CuO/CeO₂催化剂催化CO₂加氢制甲醇的基础认识。