氢-水液相交换疏水催化剂制备及活性影响因素研究进展

氢-水液相催化交换反应（LPCE）可用于含氚废水处理、含氚重水提氚、重水升级和重水生产等工艺,疏水催化剂是实现LPCE的关键。本文对疏水催化剂的制备方法及活性影响因素进行了综述,重点介绍了Pt/C/惰性载体类疏水催化剂的研究进展,包括惰性载体、活性金属载体的选择,碳负载Pt基催化剂制备方法,详细介绍了围绕疏水催化剂制备开展的基础研究工作,如LPCE微观反应机理,活性金属微观结构与催化活性的关系等。对疏水催化剂这一领域有待解决的问题及下一步的研究方向进行了探讨。     

用穆斯堡尔谱研究Fe-Mo/Al_2O_3加氢脱硫催化剂的物相组成及(Fe-Mo-S)活性相

对氧化态和硫化态的Fe-Mo/Al_2O_3加氢脱硫催化剂进行了穆斯堡尔谱的研究,并结合噻吩脱硫活性测试和XRD分析探讨了催化剂的物相组成及活性相。实验结果表明,不同Fe/Mo原子比的催化剂基体样品,其穆斯堡尔谱主要由钼酸铁Fe_2(MoO_4)_3的双峰和α-FeOOH的双峰以不同比例叠加而成。负载于氧化铝上后,穆斯堡尔谱产生明显变化,表明其间存在着强烈的相互作用。催化剂硫化后,得到Fe_(1-x)S的磁分裂谱,此外在中间部分还叠加了一个δ=0.35mm/s、△=0.78mm/s的双蜂。由于这组双峰的出现是以催化剂中Mo的存在为条件,     

工业用中温变换催化剂的穆斯堡尔谱研究

采用穆斯堡尔谱、X射线衍射和电子显微镜等研究了四种工业用Fe-Cr系中温变换催化剂的结构细节。由这些催化剂的穆斯堡尔谱图表明:它们都具有相似的谱形,即由表征α-Fe_2O_3和γ-Fe_2O_3的磁分裂六线谱和表征超顺磁性Fe_2O_3小晶粒及Fe_2O_3-Cr_2O_3固溶体等中央顺磁峰所组成。结合这些催化剂的制备条件和催化活性,对其和催化剂结构三者之间的关系进行了初步探讨。结果发现:(1)随着助剂K、Cr的含量增加,穆斯堡尔谱图上中央顺磁部分所占比例亦增加;(2)制备方法不同,不只影响Cr的均匀分布,而且也对晶体外形,晶粒     

γ射线辐照对钙钛矿型LaCoO_3催化剂材料催化氧化CO活性的影响

本文研究了不同γ射线照射剂量下,钙钛矿型LaCoO_3催化剂材料中二价钴离子,化学吸附氧含量的变化规律,以及对CO催化氧化反应的影响,并探讨了反应机理。     

催化加成氚代苯乙烯制备研究

以林德拉催化剂替代普通钯碳催化剂,利用氘气替代氚气模拟研究搅拌程度、温度、投料比对氚代苯乙烯加成反应转化率和选择性的影响。结果表明,较高的搅拌速度和温度可以提高催化加成反应的转化率,但对选择性影响较小;氘气加入量对转化率和选择性影响较大,不足或过量都会影响氘代苯乙烯的纯度;林德拉催化剂对苯乙烯的选择性高于钯碳催化剂。     

基于同步辐射的直接硼氢化钠燃料电池中阴极催化剂的原位测试装置

介绍了上海光源硬X射线微聚焦及应用线站的新型原位实验装置,可用于对直接硼氢化钠燃料电池(DBFC)中阴极催化剂进行原位X射线衍射和荧光模式的X射线吸收近边结构测试,为研究阴极催化剂催化氧还原反应(ORR)机理提供实时表征依据。为验证本原位装置的可行性,在DBFC(采用聚吡咯修饰的碳载氢氧化钴作为阴极催化剂)工作过程中对催化剂进行原位测试。结果表明,在DBFC放电过程中,催化剂中Co元素的价态和局域结构发生变化,催化反应过程中新相形成。表明该原位实验装置对于DBFC中阴极催化剂催化ORR机理的研究是可行的。     

铁系尖晶石催化剂的穆斯堡尔研究

铁系尖晶石催化剂是国内新近研制成功的用于丁烯氧化脱氢制造丁二烯的一种新型催化剂。这种催化剂可以解决合成顺丁橡胶现行流程中的污染问题,具有收率高、耗能少、成本低等优点,在不增加设备和原料的情况下,可增产15～20％的合成橡胶,具有很高的经济价值。同时,这一催化剂的研究成功,为加快我国合成椽     

Pt/C催化剂的高压微波法制备及氢同位素交换性能研究

以异丙醇为分散溶剂与还原剂,采用高压微波加热法制备了Pt/C催化剂,研究了不同实验条件对Pt尺寸的影响,利用XRD、TEM对催化剂进行了表征。再将Pt/C催化剂和聚四氟乙烯混合,负载至泡沫镍上得到疏水催化剂,研究其对氢 水液相催化交换反应的催化性能。结果表明：加入保护剂乙酸钠、羟基乙酸钠、柠檬酸氢二钠后,Pt/C催化剂的活性金属团聚现象减少,Pt平均尺寸明显减小（由4.4 nm分别降低到2.3、2.5、2.3 nm）;升温速率对Pt尺寸影响较大,随着升温速率的提高,活性金属Pt的尺寸减小;而pH的变化对Pt粒子的尺寸影响较小。加入保护剂有利于氢 水交换反应的催化剂活性,Pt尺寸为2.3～4.4 nm时,催化剂活性随Pt尺寸减小而提高。     

空气除氚系统中氚氧化催化剂的研究进展

在大型氚设施中空气除氚系统必不可少,通过气-水转换除去气态氚是目前应用最广泛也是最有效的工艺,过程中氧化催化剂至关重要。总结了气态氚的催化氧化研究进展、催化剂的催化性能及影响催化性能的主要因素。贵金属Pt和Pd在室温下对氚的转化效率接近100%,因而被广泛用于氚的催化氧化。通过负载分散载体、添加催化助剂、使用规整结构催化剂、设计新型的催化反应器能够进一步提高催化剂性能。以蜂窝状催化剂为研究热点的规整结构催化剂以其高比表面积和低压力降而显示出良好的催化性能,将它用于氚的催化氧化,是该领域的一个研究方向。氢、氘、氚在氧化过程中的同位素效应会影响除氚效率,需进行深入研究。     

Pt/C催化剂的小角X射线散射研究

Pt/C催化剂在轻水同位素置换反应中有重要的应用。应用小角X射线散射(SAXS)技术,对乙二醇合成法、浸渍还原法和微波加热法,三种不同方法制备的Pt纳米颗粒的微结构进行了研究。得到了Pt/C催化剂中Pt粒子颗粒的特征尺度、形状、数量、团聚效应和尺寸分布等相关结构信息。对Pt/C催化剂进行了X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)测试,观测结果同SAXS的结果自洽。研究表明三种方法制备的Pt/C催化剂的颗粒尺寸、Pt团聚体尺寸和表面积有较大差别。     

水-氢同位素汽-气并流催化交换反应动力学研究

在憎水催化剂的作用下,于固定反应床中研究了水-氢同位素汽-气并流催化交换反应的宏观动力学,讨论了该反应的速率方程和反应级数,比较了反应温度和所研制的3种憎水催化剂对反应速率常数的影响关系.研究结果表明,在本工作所拟订的实验条件下,该反应具有一级反应的动力学特征;温度对反应速率常数的影响服从阿仑尼乌斯公式,温度越高,反应的速率常数越大;Pt-SDB类催化剂的活化能小于Pt-C-PTFE类催化剂.     

Pt-SDB疏水催化剂的粒径效应

制备了三种不同粒径的Pt-聚苯乙烯-二乙烯基苯(SDB)催化剂(1.0、2.0、4.0mm),并对比研究了三种催化剂的水-氢交换反应性能。研究表明:同一工艺条件下制备的催化剂,催化反应的同位素交换效率随着粒径的增大而降低,催化剂的粒径效应明显;为了减小粒径效应,优化了催化剂的还原温度,当粒径从1.0mm增至4.0mm时,催化剂的最优还原温度从240℃升高到320℃;进一步结合程序升温还原的方法,分析了还原反应的活化能,发现随着粒径的增大,最优还原温度的升高可能是改善了还原过程中的热量与质量传递。     

浸渍溶剂对Pt/疏水陶瓷催化剂性能的影响

研究采用疏水陶瓷载体,分别使用水/乙醇(体积比2:1)溶液、乙醇及丙酮作为浸渍溶剂,采用浸渍-气相还原法制备用于氢水催化交换的铂/疏水陶瓷催化剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、H_2程序升温还原法(H_2-TPR)、光电子能谱(XPS)及CO脉冲吸附对催化剂进行综合表征,采用气液并流方式测试催化剂催化活性,研究浸渍溶剂的选择对催化剂性能的影响。水/乙醇溶剂表面张力最高,浸润疏水载体能力小于乙醇及丙酮,使得氯铂酸在载体表面分布均匀度低,造成催化剂铂粒子分散度低,高价铂还原困难,催化活性远低于使用丙酮及乙醇作为溶剂制得的催化剂。丙酮的挥发速率最快,可减少氯铂酸在载体表面团聚,制得催化剂铂粒子分散度最高,高价铂更易被还原,催化活性优于使用乙醇作为溶剂制得的催化剂。     

还原温度对Pt/PTFE/泡沫SiC规整疏水催化剂性能的影响

为研究还原温度对Pt/PTFE/泡沫SiC规整疏水催化剂性能的影响,以200、225、250、275、300℃为还原温度,氯铂酸-乙醇溶液为浸渍溶液,采用浸渍-气相还原法制备Pt/PTFE/泡沫SiC规整疏水催化剂。利用接触角测试仪分析还原温度对催化剂疏水性能的影响,利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)等表征手段分析所得催化剂的结构与组成,并研究其氢-水液相催化交换(LPCE)性能。结果表明:还原温度的变化对催化剂疏水性能没有影响;还原温度200、225℃时催化剂中Pt粒子团聚现象严重,Pt粒子粒径大,分散性差;还原温度250、275、300℃时催化剂中Pt粒子粒径分散性较好;还原温度275℃时催化剂中Pt粒子粒径较窄,平均粒径最小,为6.2nm。Pt存在Pt(0)、Pt(Ⅱ)和Pt(Ⅳ)三种价态,还原温度275℃下催化剂中0价Pt所占比例高达72.50%,还原程度高。LPCE催化交换性能也表明,还原温度275℃时催化剂柱效率最高。揭示275℃是所选取还原温度中的最佳还原温度。     

反应堆非能动氢气复合器严重事故下消氢性能研究

非能动氢气复合器（PAR）是核电厂主要的消氢措施。在严重事故下,某些裂变反应产生的特殊杂质(如I₂、CsI、CO等)可能对催化剂产生有害的影响,为保证PAR消氢性能的可靠性,中毒机理研究十分必要。本文根据相关试验研究结果,从铂、钯金属原子分布结构、催化反应性面积两个方面对催化剂中毒效应进行机理分析,研究得出催化剂中金属原子的分布结构、进入PAR的实际毒物浓度等均是影响催化剂中毒效应的关键因素。     

常温催化氢氧化合过程研究

采用本实验室制备的Pt-SDB(聚乙烯-二乙烯苯)疏水催化剂，研究了在管式反应器中氢气和氧气的化合反应。考察了冷却方式、惰性填料、温度、空速和催化剂用量等因素对常温催化氢氧化合过程的影响，并进行了宏观动力学研究，测定了表观活化能。实验结果表明：疏水催化剂Pt-SDB在常温下高效催化氢氧化合反应，而且具有良好的疏水性。建立了反应物氢气的连续性方程。     

钒调制钴-氮-碳催化剂氧还原反应性能

过渡金属氮掺杂的碳材料极有希望替代贵金属铂基材料成为重要的氧还原电催化剂,在储能材料和能量转换器件研究领域受到广泛关注.利用两步热解法和浸渍法设计了钒掺杂的钴-氮-碳催化剂,研究催化剂中钒对氧还原催化性能的影响.高价态钒的引入提高了钴基碳材料的催化活性.进一步通过X射线吸收精细结构(X-ray Absorption F...     

疏水催化剂的研究与应用进展

简要概述了国内外对疏水催化剂的研究与应用进展，重点介绍了疏水催化剂的制备方法和催化交换性能研究，包括动力学，失活与再生及辐照稳定性研究，并对其发展进行了评述与展望。     

钯铋催化剂在乙炔加氢中的构效关系研究

乙烯是石油化工重要的工业原料，对经济发展有着重要的影响，乙炔半加氢生产乙烯是重要化工反应。传统的钯催化剂具有较高的活性，由于过度加氢和绿油的生成导致选择性和催化剂的催化周期低。因此，制备出一种高活性及选择性的催化剂并借助同步辐射技术探究其反应机理变得至关重要。利用沉积-沉淀法制备了二氧化硅负载的钯铋双金属催化剂，在乙炔半加氢反应中与传统催化剂进行催化活性及选择性方面的对比研究。借助X射线吸收精细结构（X-ray Absorption Fine Structure,XAFS）和高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（High-Angle Annular Dark-Field Scanning Transmission Electron Microscopy,HAADF-STEM）等多种表征手段，发现独特的PdBi催化剂可以有效抑制PdHx的形成，减弱氢气的裂解速度和乙烯在钯表面的吸附，抑制乙烯的过度加氢产生副产物乙烷。新型钯铋结构催化剂及机理探索为今后制备高效的乙炔加氢制乙烯催化剂提供了一种新的思路和手段。     

乙苯脱氢催化剂中铁钾化合物形成过程的穆斯堡尔谱研究

用穆斯堡尔谱学的方法研究了乙苯脱氢含钾铁系催化剂中活性相的前身，铁钾尖晶结石结构的形成过程。着重讨论了催化剂的组分和制务条件与产物的关系，为新型工业催化剂的研制和筛选提供了重要的依据。