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...     

CeO2晶面调控与氧空位在CO2催化转化中的研究进展

稀土催化材料在石油化工、化石燃料催化燃烧等领域发挥着重要作用。二氧化铈(CeO₂)作为重要的稀土金属氧化物，因其优异的氧存储能力和稳定的面心立方结构被广泛用于催化反应中。重点介绍CeO₂在CO₂催化转化方面的应用及近期的研究进展，包括CH₄-CO₂重整反应，CO₂与甲醇直接反应合成碳酸二甲酯以及CO₂催化加氢制甲醇反应。阐述CeO₂形貌调控对晶面暴露、氧空位浓度的影响以及CO₂在催化剂表面吸附解离过程，展望CeO₂基催化剂的发展方向。     

助剂对ZnO/ZrO2物化性质及催化性能的影响

CO₂加氢制甲醇是实现碳中和目标的有效途径。尽管已报道的ZnO/ZrO₂催化剂具有高活性和稳定性,但其催化性能仍有望进一步提高。采用浸渍法制备得到一系列不同元素掺杂的Ma-ZnO_x/ZrO₂催化剂,并通过评价发现只有Ga促进了ZnO/ZrO₂催化剂催化CO₂加氢制甲醇。其中,5%Ga-ZnO_x/ZrO₂催化剂表现出优异的催化性能,在反应条件：P=3 MPa、T=320℃、V(H₂)∶V(CO₂)=4∶1、气体质量空速(WHSV)=24 000 mL/(g·h)时CO₂转化率为7.2%,甲醇选择性为81.0%,甲醇时空产率可达410 mg/(g·h),是ZnO/ZrO₂的1.26倍,且在反应100 h内催化性能无明显衰减。X射线光电子能谱(XPS)和电子顺磁共振(EPR)表征发现,适量Ga助剂的掺入可以促进催化剂中氧空位的形成。...     

Si-TiO2负载V2O5催化甲醇一步氧化法制二甲氧基甲烷的研究

通过溶剂热法制备不同Si掺杂量的Si-TiO₂载体,采用等体积浸渍法制得Si-TiO₂/-V₂O₅催化剂,利用XRD、H₂-TPR、NH₃-TPD、UV-Vis对催化剂的性质进行表征,研究了Si掺杂改性对催化剂钒氧物种分散性和氧化还原性、催化剂表面酸性以及反应性能的影响。结果表明,硅掺杂改性后改善了催化剂表面钒氧物种的分散性,提高了催化剂的氧化还原能力,使催化剂具有更加适宜的酸性,提升了甲醇氧化制二甲氧基甲烷（DMM）的反应性能。Si掺杂量为3%的3Si-TiO₂/V₂O₅催化剂表现出良好的反应性能,此时甲醇转化率为58.5%,DMM的选择性高达99.1%。     

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_...     

铈锆固溶体Ce0.25Zr0.75O2光热协同催化CO2与甲醇合成DMC

采用溶胶-凝胶法合成不同铈含量的ZrO₂催化剂，用于光热协同催化CO₂与甲醇直接合成碳酸二甲酯(DMC)。实验发现，光热催化的DMC产率明显高于热催化，且Ce_0.25Zr_0.75O₂具有最高DMC产率3.084mmol/g，是纯ZrO₂的1.9倍。XRD和TEM分析表明：Ce原子掺入ZrO₂晶格形成铈锆固溶体同时增加其表面氧空位浓度，提高吸附CO₂能力；固溶体的纳米尺寸减小、比表面积增大和介孔结构丰富，有利于CO₂扩散。能带结构和光吸收光谱表明：铈锆固溶体光响应范围拓宽且有效利用率提高；氧空位辅助窄带隙特征可促使光生载流子有效分离，允许更多光生电子和空穴参与CO₂及甲醇的活化，加之固溶体表面酸碱位点的协同作用，最终实现高效率高选择性合成DMC。最后，提出了铈锆固溶体光热催化CO₂与甲醇合成DMC的反应机理，为光协同热催化合成DMC的研究提供良好的理...     

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...     

CO2加氢制甲醇铜基催化剂：分散度调控选择性

针对Cu/ZnO/Al₂O₃催化CO₂加氢制甲醇反应中,一氧化碳(CO)选择性较高的问题,提出有效降低CO选择性的方法。将该催化剂分散到SiO₂载体上,调控催化剂中CuO晶粒在SiO₂上的分散度。结合高倍透射电镜(HRTEM)、高角环形暗场像-扫描透射电镜(HADDF-STEM)和X-射线光电子能谱(XPS)等,研究催化剂的形貌结构、表面元素化学状态及铜的分散度等,并评价催化剂性能。结果表明,只改变铜在SiO₂上的分散度,就能显著调控CO₂加氢的选择性。提高铜晶粒分散度能有效抑制CO的生成,将甲醇和二甲醚的选择性从43.4%提高至71.4%。     

CO2加氢制甲醇Cu-Zn-Al水滑石催化剂的改性研究

CO₂加氢制甲醇既能有效缓解温室效应带来的全球气温升高问题,也能促进CO₂的资源化利用,成为研究热点之一。对Cu-Zn-Al水滑石(CZA-LDH)开展改性研究,以Cu(NO₃)₂·3H₂O、Zn(NO₃)₂·6H₂O和Al(NO₃)₃·9H₂O为原料,以NaOH和NaCO₃为沉淀剂,采用共沉淀法制备CZA-LDH,并在制备过程中引入聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和三乙醇胺(TEA),焙烧后得到4组催化剂。XRD、FT-IR、N₂吸附-脱附、SEM表征结果及催化性能测试数据表明,引入TEA的CZA-LDH焙烧后得到的复合金属氧化物催化剂(CZA-LDO-TEA)表现出最优的性能。这是因为TEA 能够破坏表面晶体结构,促进催化剂中CuO组分的还原,提高了 CO₂的化学吸附能力,从而提高了催化剂的CO₂转化率。     

CeO2基催化剂在CO2和甲醇合成碳酸二甲酯中的研究进展

CO₂是主要的温室气体之一，发展CO₂化学转化技术是实现碳达标、碳中和战略目标的关键。利用CO₂和甲醇合成碳酸二甲酯(DMC)是近年来的研究热点，其中开发价廉、高效、高稳定性的催化剂是目前的难点。Ce O₂因优异的储放氧能力、丰富的氧空位及适宜的表面酸碱性，使得Ce O₂基催化剂得到广泛应用。综述了纯Ce O₂、负载型Ce O₂及Ce O₂基复合氧化物催化剂的催化性能，讨论了催化剂晶型和形貌、氧缺陷位及酸碱性对催化效率的影响，为进一步设计优化催化剂提供参考。     

光致热催化还原CO2研究进展

基于光热催化在CO₂还原及制备碳氢燃料方面的优势,重点介绍了光热催化分类中的光致热催化还原CO₂反应,包括其反应机理、近期进展、应用及催化剂分类。同时,从强化光反应、热反应、表面反应不同方面对光致热催化还原CO₂反应的性能提升策略进行了归纳分析。该反应可将CO₂和H₂O催化生成C1、C2产物,光照下催化剂表面局部温度的升高有利于增强光致热催化CO₂还原反应速率。最后,对该方向存在的问题进行了深入分析,提出了未来主要研究方向的建议。     

加料方式对共沉淀法制备的Cu/MnO/Al2O3催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备Cu/MnO/Al₂O₃催化剂,运用N₂吸附-脱附、XRD、XRF和H₂-TPR等对其进行表征,并用于乙酸甲酯加氢制乙醇反应,考察共沉淀加料方式对催化剂结构及其催化性能的影响。结果表明,共沉淀时采用的加料方式显著影响制备的Cu/MnO/Al₂O₃催化剂的织构性质、CuO晶粒大小、还原性能和化学组成,这些因素共同作用决定了催化剂在乙酸甲酯加氢反应中的催化性能。其中,反加法制得的催化剂Cu和Mn组分含量相对比值接近理论值,且具有较高的比表面积和较佳的还原性能,因而表现出最佳的催化性能,在反应温度200 ℃、压力6.5 MPa、空速0.6 h^-1和氢酯物质的量比50条件下,乙酸甲酯转化率和乙醇选择性分别达98.9%和98.1%。     

CeO2改性Ni/γ-Al2O3催化剂上顺酐加氢制备丁二酸酐

采用等体积浸渍法制备CeO₂改性Ni/γ-Al₂O₃催化剂,通过BET、XRD、H₂-TPR和SEM等对催化剂结构及物化性能进行表征,考察Ni-CeO₂/γ-Al₂O₃催化剂对顺酐催化加氢制备丁二酸酐催化性能的影响。结果表明,引入适量CeO₂可提高催化剂活性组分Ni的分散度,增加催化剂比表面积,提高催化剂热稳定性。采用负载CeO₂质量分数5%的Ni-CeO₂/γ-Al₂O₃催化剂,在反应温度120 ℃、反应压力2.0 MPa和空速0.6 h^-1条件下,顺酐转化率为99.5%,丁二酸酐选择性为99.4%。     

α-MnO2/Mn2O3/AISI304丝网整体式催化剂的制备及催化燃烧碳烟性能研究

采用两步水热法制备α-MnO₂/Mn₂O₃/AIS304丝网整体式催化剂,首先通过尿素水热法在AISI304丝网上生长Mn₂O₃涂层;然后在涂层表面原位生成以α-MnO₂为活性组分的催化剂。利用XRD、SEM、N₂吸附-脱附、H₂-TPR等对催化剂进行表征考察了不同焙烧温度对整体式催化剂结构和碳烟催化燃烧性能的影响。结果表明,培烧温度为700℃时,Mn-Nit-700的活性组分以α-MnO2纳米棒为主具有更加丰富的表面活性氧物种(焙烧温度<500℃),有利于碳烟的催化燃烧反应。在O₂/N₂氛围下,Mn-Nit-700催化剂的催化燃烧碳烟性能最佳(T₅₀=388℃),CO₂选择性为100%同时具有较佳的抗水性能。     

稀土掺杂TiO2光催化还原CO2

采用溶胶-凝胶法制备了稀土掺杂TiO₂纳米光催化剂,并应用于光催化还原CO₂/H₂O体系中。通过XRD对光催化性能进行表征,研究稀土离子掺杂和焙烧温度对光催化性能的影响。结果表明,稀土La和Ce的加入可以抑制TiO2的晶相转变,提高光催化性能。催化剂800 ℃焙烧可达到最好的光催化活性,在反应时间7 h、CO₂流量200 mL·min^-1和反应液中NaOH与Na₂SO₃浓度均为0.10 mol·L^-1条件下,甲醇产率高达315.49 μmol·g^-1。并对稀土掺杂TiO₂催化剂光催化还原CO₂的机理进行了探究。     

H2O2/Fe2(MoO4)3体系中H2O2吸附分解及NO氧化行为的DFT研究

为阐明H₂O₂/Fe₂(MoO₄)₃体系脱硝过程中H₂O₂吸附分解及NO氧化行为，基于DFT方法首次计算了H₂O₂和NO分子单独及二者同时在Fe₂(MoO₄)₃表面的吸附构型，并通过考察吸附能、Mulliken电荷及氧化路径等特性揭示H₂O₂催化分解和NO氧化的微观机制。结果表明：H₂O₂在Fe₂(MoO₄)₃表面易分解为活性自由基，而NO则以分子形式吸附；H₂O₂和NO共吸附时，H₂O₂优先吸附于催化剂表面并随后分解，NO则分别被H₂O₂分解产...     

载体焙烧温度对Ni/SiO2-Al2O3催化剂稳定性的影响

为了获得高水热稳定的负载Ni催化剂,延长催化剂在含水液相体系中的使用寿命,以不同温度焙烧的SiO₂-Al₂O₃为载体,采用浸渍法制备Ni/SiO₂-Al₂O₃催化剂,通过吡啶-原位傅立叶变换红外光谱、X射线衍射、NH₃-程序升温脱附和H₂-程序升温还原等方法进行表征,以水相1,4-丁炔二醇加氢为探针反应,研究载体焙烧温度对Ni/SiO₂-Al₂O₃催化剂催化加氢性能及含水体系中稳定性的影响。结果表明,在(400~800) ℃,随着载体焙烧温度升高,活性组分Ni存在状态及催化剂加氢活性变化较小,但催化剂的水热稳定性下降,造成这一现象的原因是随着载体焙烧温度升高,载体表面SiO₂聚集,暴露的Al³⁺增加,载体水合程度增大。载体焙烧温度400 ℃时,Ni/SiO₂-Al₂O₃催化剂表现出最佳的水热稳定性。     

载体预处理对Mo/Al2O3催化剂催化裂解汽油加氢脱氮性能的影响

乙烯裂解原料劣质化导致裂解汽油中氮含量显著增加，开发新型加氢脱氮(HDN)催化体系以适应高氮裂解汽油工况具有重要意义。以常用的Mo/Al₂O₃为模型催化剂，通过控制载体预处理方式来调控催化剂微观结构，并采用X射线衍射(XRD)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、高分辨率透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、吡啶红外(Py-IR)等表征手段对催化剂进行表征，系统地研究了载体预处理方式对Mo/Al₂O₃催化剂结构及HDN催化反应性能的影响。结果表明：对于Mo/Al₂O₃催化剂，载体经酸、碱预处理前后MoS₂活性组分均呈单层分散状态；酸、碱预处理可调变催化剂表面酸性、活性相与载体作用强度，并最终影响钼物种硫化度以及表面S和Mo物质的量之比(S/Mo比)；吡啶HDN反应受加氢(HYD)和C—N氢解(CNH)共同作用：低吡啶转化率(小于20%)下HDN主要与邻近不饱和配位位点(CUS)数...     

V2O5-MoO3/TiO2 催化剂的NOx选择性催化还原及SO2氧化活性

采用浸渍法以TiO₂为载体制备V₂O₅-MoO₃/TiO₂ 选择性催化还原催化剂,研究V₂O₅和MoO₃负载量对于催化剂选择性催化还原反应及SO₂氧化活性的影响,并考察氧含量、氨氮物质的量比和反应空速对3%V₂O₅-6%MoO₃/TiO₂催化剂选择性催化还原脱硝活性的影响。结果表明,随着催化剂中V₂O₅负载质量分数增加,V₂O₅-MoO₃/TiO₂ 催化剂的选择性催化还原活性和SO₂氧化活性均呈上升趋势。MoO₃的负载对催化剂的SO₂氧化活性有明显抑制作用。MoO₃负载质量分数超过9%,制备的催化剂既保持较高的低温选择性催化还原活性,又使选择性催化还原反应中的SO₂转化率小于1%。     

镍源对Ni/Al2O3结构及其1,4-丁炔二醇加氢催化性能构效关系的影响

本文通过溶液燃烧法,分别以Ni(CH₃COO)₂·4H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O、NiCl₂·6H₂O和NiSO₄·6H₂O为镍源制备系列Ni/Al₂O₃催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N₂吸附-脱附、程序升温还原(H₂-TPR)等表征手段,进一步揭示了镍源对合成Ni/Al₂O₃催化剂结构与其催化加氢性能间的构效关系的影响,结果表明,以Ni(CH₃COO)₂·4H₂O为镍源制备的Ni/Al₂O₃催化剂比表面积最大,达到225m²·g^-1,最大孔容0.39c...