MnOx对Pt/CeZrO2催化剂在水汽和CO2环境下CO氧化的影响

以CeZrO₂固溶体为载体,发现MnO_x的添加能促进Pt/CeZrO₂催化剂的CO氧化性能,并研究了MnO_x含量对催化剂CO氧化活性及抗H₂O和CO₂性能的影响。结果表明,随着MnO_x含量增加,催化剂活性呈现先升高后降低的趋势,在MnO_x含量为0.5%（质量分数）时活性最佳。MnO_x的添加降低了Pt颗粒尺寸并影响催化剂还原性能从而促进反应活性。水汽和CO₂对Pt/CeZrO₂催化剂的CO氧化活性有抑制作用,而MnO_x的加入能显著提高催化剂的抗水汽和CO₂的能力。反应动力学结果表明,在Pt/CeZrO₂催化剂上,反应气中引入H₂O和CO₂后,CO的反应级数有明显升高,说明H₂O和CO₂在催化剂表面与CO竞争吸附,导致CO反应活性下降;而在Pt/MnO_x/CeZrO₂催化剂上,CO的反应级数略有升高,说明MnO_x的添加能有效抑制H₂O和CO₂与CO的竞争吸附,从而改善了催化剂的抗H₂O和CO₂性能。     

异形催化剂床层中Sabatier反应的微-介尺度模拟

采用离散元方法（DEM）建立随机堆积球形、柱形催化剂床层,计算流体力学（CFD）方法模拟Sabatier反应床层介尺度和催化剂微尺度的温度和物质浓度分布,并探讨了催化剂形状、壁温和入口条件对反应特征的影响。结果表明：床层中会出现球形热点区,并随反应进行向出口移动,催化剂外层反应物浓度比内层高且呈环状分布。柱形催化剂单颗粒中心CO₂转化率较球形高,但棱角和床层壁面会出现低转化率区,床层流体会出现回流、滞留和沟流现象,最终导致CO₂转化率为球形>柱形（径高比=1.3）>柱形（径高比=1）。球形催化剂床层中,时间t=200s时,CO₂转化率达到峰值26%,若此时将壁温降低50K,时间t=500s时,较降温前CO₂转化率增大2%、热点温度降低10K;增加惰性球层、减小入口流速和温度,能提高催化剂内CO₂转化率。     

K2CO3对兰炭催化气化特性的影响

在固定床中考察了不同K₂CO₃植入浓度和不同温度条件下兰炭催化气化特性。结果表明，5%的催化剂植入浓度主要起到填充孔隙的作用，当植入浓度增加到10%以后，催化剂发生堆积会使颗粒表面及内部形成较多孔隙。提高气化温度可提高兰炭转化率，超过750℃之后碳转化率增幅减缓，催化剂饱和装载浓度为10%。在颗粒表面和开放孔隙中的高浓度C(O)才具有较高的脱附速率，并提高CO生成速率。在非催化条件下，随着气化的进行CO/CO₂下降，而H₂/(2CO₂+CO)先增后减。在催化条件下，H₂/(2CO₂+CO)稳定在1.5～1.7。催化剂兰炭样品中出现了K₂Ca(CO₃)₂双金属碳酸盐、K₂O、KO₂等活性组分，并随催化剂植入浓度的增加而增加。催化剂植入浓度的增加会导致失活现象加重，但兰炭在750℃条件下气化1 h 催化剂没有完全失活。     

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。     

催化剂颗粒形状对甲烷水蒸气重整反应的影响及工业反应器模拟

甲烷水蒸气重整工艺是现阶段最主要的工业制氢技术,催化剂颗粒形状和反应器操作条件是影响重整反应器性能和产物组成的重要因素。首先从颗粒尺度研究催化剂形状对甲烷水蒸气重整反应的影响,在不同的反应温度和压力下,计算并比较了球形、柱形和环形催化剂的效率因子,其大小顺序为:柱形 < 球形 < 环形。其次,将反应器床层的质量、热量和动量传递与环形催化剂颗粒的扩散-反应方程相结合,建立了用于描述甲烷水蒸气重整工业反应器的一维轴向数学模型。计算并分析了反应器进口温度和压力对反应器床层的温度和压力分布、催化剂效率因子以及甲烷转化率和各组分浓度分布的影响,确定了适宜的工业反应器进口温度和压力,分别为773 K和3 MPa。     

二维沸石咪唑骨架有效催化二氧化碳电还原的研究

成功合成了2种金属有机框架材料，并探究其在CO₂电催化还原反应中的应用。结果表明，二维ZIF-L催化剂的CO₂电催化还原活性、选择性和稳定性显著高于ZIF-7。在-1.3 V（vs.RHE）时，CO法拉第效率可达78.5%,是相同电势下ZIF-7的近2倍；CO的电流密度为16.8 mA/cm²,高于文献中报道的Zn基MOFs上CO的电流密度值。二维ZIF-L催化剂独特的孔腔结构有利于CO₂的吸附，从而有效催化CO₂电还原。     

利用固态胺连续捕集二氧化碳的双流化床实验研究

低温固态胺吸收剂分离CO₂是一种非常有潜力的CO₂分离技术,利用双流化床反应器实现连续高效CO₂分离是此技术走向应用的关键。以商业硅胶颗粒为载体,以聚乙烯亚胺(PEI)为活性成分,通过浸渍法制备固态胺吸收剂,采用双流化床作为反应器,连续分离气体中的CO₂。实验结果表明,所采用的双流化床反应器能够实现两反应器间固态胺颗粒的连续稳定循环,长期连续分离CO₂的效率为84.4%;吸收反应器通入约1%的水蒸气后,捕集效率提高到约97%。     

活化气氛对CO2加氢制取低碳烯烃Fe-K催化剂构-效关系

CO₂加氢直接制取低碳烯烃是实现其资源化利用的重要途径。通过热分解法制备了5种不同K含量（1%、3%、5%、7%、9%）的Fe-K催化剂用于CO₂加氢反应,结果表明Fe95-K5（95% Fe-5% K,质量分数）催化剂具有最优的活性及C₂～C₄烯烃选择性;随后对Fe95-K5催化剂进行了10% H₂/Ar、10% CO/Ar及5% CO/5% H₂/Ar 3种不同气氛活化处理以及CO₂加氢反应。结果发现,10% CO/Ar活化的催化剂具有最高的C₂～C₄烯烃选择性（38.1%）及链增长能力（α=0.644）。此外,还通过X射线衍射、Raman、程序升温等表征技术揭示了催化剂在不同活化气氛下的结构演变历程。研究发现,10% CO/Ar与5% CO/5% H₂/Ar活化的催化剂会生成γ₁型碳化铁结构,而10% H₂/Ar活化的催化剂则会在反应过程中生成γ₂型碳化铁结构,两种碳化铁结构对CO₂解离均有促进作用。     

碱种类及含量对Cu/ZnO/Al2O3催化剂结构及性能的影响

采用共沉淀法制备Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂，考察以Na₂CO₃、NaHCO₃、NaOH和KOH为沉淀剂对催化剂结构及性能的影响，并采用XRD和固定床反应器对催化剂结构及性能进行表征。结果发现，催化剂前驱体受沉淀剂种类、反应液pH值、碱量的影响较大，产物的产量、失重率及结构具有明显的变化。随着一元碱强度的增加，反应产物低温发生分解生成CuO,催化剂产量及焙烧失重率受低温分解的影响较大，但催化剂结晶度提高，性能没有明显的变化，CO₂转化率在17%～18%之间，甲醇选择性为35%;而采用二元碱Na₂CO₃,随着碱量的增加，焙烧失重率先减小后增大，催化剂性能明显低于一元碱制备的催化剂，CO₂转化率和甲醇选择性分别降至7.5%和13%。提高一元碱的含量，催化剂前驱体中的两性化合物将部分溶解，虽然催化剂活性变化不大，但甲醇选择性从35%降至31%。     

电催化还原二氧化碳制一氧化碳催化剂研究进展

电催化还原CO₂作为缓解能源危机和全球变暖的有效途径已成为催化领域的研究热点。然而,不同反应途径的氧化还原电位较为接近,使产物的选择性成为电催化还原CO₂所需解决的主要问题。迄今为止,在水性电解质中可实现CO₂选择性地转化为一氧化碳（CO）和甲酸（HCOOH）。本文简述了电催化还原CO₂制CO的机理,包括CO₂吸附过程、二电子转移过程和CO脱附过程。从贵金属的晶面设计、形貌调控和表面功能化对反应活性和产物选择性的影响,铁卟啉、钴酞菁和镍三嗪在还原CO₂为CO反应中的电子转移途径,非金属碳基材料中杂原子和碳基质间的耦合效应等方面,重点介绍了近年来贵金属催化剂、过渡金属络合物催化剂和非金属碳基材料催化剂的研究进展,总结了各类催化剂的优缺点。指出在三类电催化还原CO₂制CO的催化剂中,非金属碳材料具有较高的CO法拉第效率,尤其是非金属碳材料成本较低、制备简单、结构易调控,在电催化还原中具有潜在的应用优势,是有望实现商业化应用的新型催化剂的候选材料之一。     

CO/CO2加氢制芳烃的研究进展

将CO/CO₂直接转化为芳烃是一种极具挑战性的非石油路线合成途径。本文主要对CO/CO₂通过不同反应途径制取芳烃过程中复合催化剂的开发和反应机理的研究进展进行了综述。阐述了利用反应耦合思想,构筑的复合催化剂在CO/CO₂的高效转化和产物调控等方面取得了突破性的进展。重点介绍了复合催化剂用于CO加氢制芳烃主要的两种反应途径,活性金属的类别、分子筛的结构与酸性和活性组分的组装方式与接触度对CO₂加氢制芳烃催化性能的影响。指出协同加氢与芳构化反应活性的匹配是影响催化剂性能的关键。提出开发高效稳定的催化剂用于提高CO/CO₂的转化率和芳烃产物的产率以及反应机理的探索仍然是未来研究的重点。     

Fe/γ-Al2O3催化剂上CO同时还原NO和SO2研究

研究了不同载体(γ-Al₂O₃、HZSM-5、TiO₂、SiO₂和MgO)负载Fe催化剂上CO还原NO反应及CO同时还原NO和SO₂反应。结果表明,Fe/γ-Al₂O₃催化剂对CO与NO反应具有良好的催化活性,但随着反应时间的延长,催化剂很快失活;在CO和NO反应中加入SO₂,可以明显改善Fe/γ-Al₂O₃催化剂对CO还原NO反应的活性稳定性;O₂和H₂O对催化剂活性的影响较大,CO₂对催化剂的影响较小。XRD结果表明,FeS₂是催化剂的活性中心,在CO与NO反应后,FeS₂转变为催化惰性的Fe₇S₈而导致催化剂活性下降;在CO与NO及SO₂反应体系中引入O₂后,Fe/γ-Al₂O₃催化剂上的活性组分FeS2被氧化为Fe₂O₃,导致催化剂失活。     

二氧化碳协助强化对二甲苯氧化的连续过程实验与模拟

利用连续实验装置考察了气相CO₂浓度和反应温度对PX氧化反应的影响,并通过反应器建模对连续实验过程进行了模拟计算。研究结果表明,当气相CO₂浓度介于40%～60%时,CO₂能显著提高反应器出口PX转化率以及主产物收率,并且可以降低液相中主要杂质的含量;温度高于192℃后对反应器出口指标的影响比低温时明显。本文建立的全混流反应器模型能够预测气相CO₂含量以及温度等不同反应条件下氧化反应器出口的PX转化率、主产物收率以及液相主要杂质随停留时间的变化。相关研究结果可为当前工业PX氧化过程效率提高以及节能降耗提供新的思路。     

CO2加氢制甲醇反应动力学及工艺能耗优化

为应对全球气候变暖等环境问题,碳捕集、利用和封存(CCUS)技术得到了越来越多的关注。CO₂加氢制甲醇既可以实现CO₂资源化利用,也可实现可再生能源的化学储存,是一种重要的CCUS技术。为探索优化CO₂加氢制甲醇的工艺,在固定床反应器中测试了商用Cu-ZnO/Al₂O₃催化剂在CO₂加氢制甲醇过程中的催化性能。探究了催化剂在448.15～543.15 K,1～3 MPa, H₂、CO₂物质的量比3～9的催化效果。结果表明,CO₂转化率随反应温度升高而增加;甲醇选择性主要受温度和氢碳物质的量比影响：温度越高甲醇选择性越低,氢碳物质的量比越大甲醇选择性越高;压力升高对CO₂转化率和甲醇选择性均有促进作用。以甲酸盐加氢步骤为反应的速率控制步骤,在LHHW动力学理论基础上推导建立了该催化剂用于CO₂加氢制甲醇的反应动力学模型,在MATLAB中构建模型优化函...     

阳离子表面活性剂喷涂对ZnMg棒状双金属氢氧化物电催化还原CO2产CO性能影响

CO₂还原电催化剂已成为近几年催化领域的研究热点，但CO₂还原常伴随着竞争析氢反应，这直接导致了能源的浪费。本文通过水热合成制备出一种高效还原CO₂为CO的锌镁双金属氢氧化合物[ZnMg(OH)₄]，并引入阳离子表面活性剂来抑制析氢副反应。以ZnMg(OH)₄为载体通过喷涂法将阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(C₁₉H₄₂BrN,CTAB)涂覆在催化剂表面，形成ZnMg(OH)₄-CTAB复合催化剂，并对催化剂的晶体结构、形貌进行表征，通过一系列电化学测试对催化剂电催化CO₂还原性能进行评估。在电势-1.5V (vs.RHE)下，表面涂覆阳离子表面活性剂CTAB能使样品的CO法拉第效率从78.2%提高至87.25%。结果表明，在催化剂表面涂覆阳离子表面活性剂形成的复合催化剂ZnMg(OH)₄-CTAB具有较高的CO₂还原性能，这与阳离子表面活性...     

氧热法电石合成气流床反应器的流动特性

针对氧热法电石合成的电石生成吸热和碳燃烧放热耦合特点,构思并研究了适用该过程的两相气流床反应器。采用空气-氯化聚氯乙烯(CPVC)-磷酸钙颗粒[Ca3(PO4)2]模拟物系,实测了不同喷射气速、固体颗粒进料速度情况下气流床床层内局部气速的轴径向分布、固体颗粒浓度的轴径向分布。结果表明:床层局部气速沿反应器轴向高度的增大而减小,并在轴向位置H=0.90 m时达到最小;在同一喷射气速下,床层局部气速沿反应器径向分布随着无因次半径r/R的增加而减小;当喷射气速Ug在68.80 m/s到98.29 m/s之间变化时,固体颗粒浓度在床层轴向位置上先增大后减小,并且其值在H=0.40 m时最大;同一进料速度下,在反应区固体颗粒浓度从床层中心到床层壁面处一直在增大。上述结果表明,电石生成反应与燃烧供热反应原位耦合于气流床中是可行的。     

CeO2-Al2O3复合载体负载Ni基催化剂催化COx共甲烷化性能

通过浸渍沉淀法分别制备Ni/Al₂O₃、Ni/CeO₂和Ni/CeO₂-Al₂O₃催化剂，并对其分别进行不同CO/CO₂比例下COx共甲烷化性能评价。发现Ni/Al₂O₃催化剂催化CO转化为CH4的能力明显高于Ni/CeO₂，而催化CO₂甲烷化的性能则相反。采用Ni/CeO₂-Al₂O₃催化剂，可以在提高CO转化率的同时而不降低CO₂转化率。结合BET、XRD、TPR、TPD和原位红外等各种表征手段，发现CeO₂掺杂虽然降低了催化剂的比表面积和金属Ni的分散度，但却可明显提高其吸附活化CO₂的能力，这主要是由于具有较高含量氧空位的CeO₂的掺杂可以提高载体表面碱性位，促使共甲烷过程中CO_...     

填料吸收塔内乙醇胺溶液吸收CO2增强因子

醇胺溶液吸收CO₂是沼气提纯领域重要的研究课题。在实验填料吸收塔中,以NaOH水溶液吸收低浓度CO₂的实验结果估算了填料的有效相界面积,建立了乙醇胺（MEA）溶液吸收高浓度CO₂增强因子的数学模型,并从数学模型和实验的角度研究了MEA浓度、进气流率、CO₂浓度等工艺参数对MEA吸收CO₂增强因子的影响。结果表明,增强因子数学模型计算值与实验值能够良好吻合,MEA吸收CO₂化学反应增强因子随进气CO₂浓度增加而降低,随MEA浓度增加而增加,随进气流率增加而减小。     

费托合成蛋壳型催化剂活性组分厚度的模拟计算

采用Comsol-Multiphysics软件对蛋壳型Co基催化剂费托合成反应体系进行了CFD模拟计算。通过建立合理的费托合成催化剂颗粒三维模型进行计算,重点研究了催化剂活性组分厚度对费托合成反应产物分布、温度分布以及转化率的影响。结果表明：费托合成反应内扩散阻力较大,CO在催化剂表面和内部存在明显的浓度差。且由于H₂的扩散速率远大于CO的扩散速率,导致催化剂颗粒内部氢碳比很高,不利于油类和蜡类物质的生成;随着催化剂活性组分厚度的增加,CO转化率逐渐提高,甲烷和低碳烃的选择性逐渐增大,而C₁₀H₂₂和C₂₂H₄₆的选择性逐渐减小;催化剂颗粒内部的温度峰值逐渐向催化剂内部移动,不利于反应热的转移。对于尺寸为?2.5 mm的蛋壳型球形催化剂,较佳的催化剂活性组分厚度为0.125 mm。     

载体对铁基催化剂结构及CO2加氢制烯烃反应性能的影响特性

铁基催化剂CO₂加氢直接合成烯烃是实现CO₂减排及CO₂转化与利用的最佳途径之一。目前铁基催化剂的CO₂加氢活性及反应过程中铁基催化剂结构强度仍然较低,成为CO₂加氢制烯烃产业化生产的重要挑战。通过浸渍法制备一系列负载型铁基催化剂,研究载体材料性质对铁基催化剂结构及CO₂加氢直接合成烯烃的影响特性。研究发现,载体可诱导铁基催化剂在CO₂加氢反应过程中形成的铁物种,同时影响铁基催化剂表面碳物种的有序度,调变对CO₂吸附及活化能力;研究结果表明ZrO₂负载的Fe催化剂展现出最佳的CO₂加氢合成烯烃催化性能,在温度320℃和反应压力2.0 MPa时,CO₂转化率>30%,C₂~C₇烃类产物中烯烃选择性高达85%以上,烯烷比为8.2,且CO选择性较低为17.1%。