国内外甲烷催化部分氧化催化剂研究

主要讨论国内外甲烷催化部分氧化催化剂在载体、助剂、活性组分及制备方法等方面的研究进展,对改善催化剂的抗积炭性、提高催化剂的稳定性和选择性提供了建议及参考。     

甲烷部分氧化制合成气催化剂的研究进展

甲烷部分氧化（POM）反应制合成气是化学利用甲烷的有效途径之一。研究表明,甲烷部分氧化反应的工艺有能耗低和反应速率较快等优点,而且所得的H2和CO的比例适于合成甲醇等工业化学品。在该工艺过程中,所需反应容器体积小,反应效率高,可大幅度降低制备合成气的成本。开发POM反应的高效催化剂是进一步提高反应效率、实现工业化的关键途径,因此,是当前国际催化领域研究的热门课题之一。本文主要介绍了传统的金属负载型催化剂和金属氧化物催化剂用于POM反应的研究进展。     

Ni/Si3N4催化剂在甲烷部分氧化反应中的应用

前期工作表明Ni/Si₃N₄催化剂在甲烷部分氧化反应中有较好的催化活性和很强的抗积炭能力。在前期工作的基础上考察了镍负载量和焙烧温度对Ni/Si₃N₄催化剂在甲烷部分氧化中催化性能的影响,并采用XRD、TPR、XPS等技术对催化剂进行了表征。结果表明,镍负载量和焙烧温度影响催化剂活性组分的表面分布和晶粒尺寸,并进一步影响催化剂的反应性能。在800℃反应条件下,活性组分负载量与CH₄转化率之间的关系为：C-10>C-15>C-5>C-1;而焙烧温度与CH₄转化率大小顺序为：S(400)> S(600)>S(800)。     

甲烷部分氧化反应的磷钨酸催化剂研究

以磷钨酸为催化剂和氧化剂,进行了无氧条件下的甲烷气固相部分氧化的实验研究,考察了磷钨酸催化剂的制备条件、载体影响以及反应温度对甲烷部分氧化反应的影响等.磷钨酸催化剂可有效催化甲烷部分氧化反应,甲烷首先转化生成醋酸甲酯,醋酸甲酯水解生成甲醇.制备的催化剂以SiO2为载体,采用载体质量15%(wt)的磷钨酸水溶液回流浸渍4 h、120℃干燥2 h、300℃焙烧4 h制得.甲烷部分氧化反应在0.10 MPa、267～280℃进行,甲烷转化率为26.61%,目的产物收率25.82%.     

甲烷部分氧化制合成气催化剂的研究进展

综述了甲烷部分氧化制合成气的研究意义和现状，从金属活性组分，载体效应，载量选择，助剂添加和制备方法等因素对催化剂活性的影响及研究进行了系统。结合本课题组的研究结果及文献报道，分析了Ni基催化剂的失活特性，并提出使用等离子体技术对Ni基催化剂进行改笥处理，以提高其催化稳定性的技术展望。     

甲烷催化部分氧化制合成气催化剂的研究进展

天然气是一种前景广阔的清洁燃料,甲烷作为天然气的主要成分,其高效利用具有重要的现实意义。在众多甲烷转化途径中,甲烷催化部分氧化（CPOM）具有能耗低、合成气组分适宜、反应迅速等优势。本文简要介绍了CPOM反应机理,即直接氧化机理和燃烧-重整机理;重点综述了过渡金属、贵金属、双金属和钙钛矿这四类CPOM催化剂的研究现状;分析了反应温度、反应气体碳氧比和反应空速对CPOM反应特性的影响;阐述了积炭和烧结这两种催化剂失活的主要原因及应对措施。根据研究结果可知,通过选取合适的催化剂组分、采用优化的制备方法、精确控制催化剂活性组分分布和微观结构等措施,可以保证更多的有效活性位更稳定地暴露在催化剂表面,以此提高催化性能（包括甲烷转化率、合成气选择性、合成气生成率、反应稳定性等）。最后指出了对CPOM催化剂微观结构的合理设计与可控制备以及对CPOM反应机理的深入研究仍将是今后关注的重点。     

载体组成对载钴催化剂的甲烷催化部分氧化反应的影响

首先制备了一系列的单元(Ce O2,Ti O2,Zr O2)、双元(Ce-Ti,Ti-Zr)和三元(Ce-Ti-Zr)载体,然后通过浸渍法在载体表面负载Co,考察了载体组成和焙烧温度对该催化剂的甲烷部分氧化(POM)催化性能的影响。利用N2物理吸附、X射线粉末衍射、H2-程序升温还原、扫描电子显微镜和热重分析等手段对反应前后催化剂的物理化学性质进行了表征。实验结果表明,载Co催化剂的催化性能按三元>双元>单元的顺序依次降低。700℃焙烧制备的Co/Ce-Ti-Zr-700三元载体催化剂表现出最高的CH4转化率和H2、CO的选择性,同时该催化剂具有较高的稳定性。在Ce-Ti-Zr三元载体催化剂中,Ce O2-Ti O2-Zr O2之间产生了较强的相互作用,从而抑制了非活性相Co Ti O3的生成,产生了更多的活性中心;同时这种载体之间的作用可以防止催化剂在反应过程中发生相变生成Co Zr2和Zr C之类的物质。     

基于固体氧化物燃料电池的甲烷电化学部分氧化

合成气(H2和CO)是化工生产的重要原料,主要通过甲烷的重整或部分氧化获得,传统的甲烷重整制合成气的方法存在能耗高和催化剂失效等问题.固体氧化物燃料电池(SOFC)则通过传导氧离子的电解质将氧从阴极输送到阳极,实现位于阳极的甲烷的电化学氧化,调整电流电压的大小从而控制参与反应的氧气含量,可避免催化剂失效的问题并提升燃料...     

甲烷部分氧化制合成气的研究进展

综述了近年来甲烷部分氧化制合成气的催化剂，反应机理及活性中心的研究进展及反应中存在的主要问题。     

催化部分氧化甲烷制合成气的平衡热力学研究

The catalytic partial oxidation of methane to syngas (CO H2) has been simulated thermodynamically with the advanced process simulator PRO/Ⅱ. The influences of temperature,pressure,CH4/O2 ratio and steam addition in feed gas on the conversion of CH4 selectively to syngas and heat duty required were investigated, and their effects on carbon formation were also discussed. The simulation results were in good agreement with the literature data taken from a spouted bed reactor.     

SO3体系中碘催化甲烷的选择性氧化反应

在SO3体系中,采用碘系列化合物作为催化剂进行甲烷部分氧化反应的研究.对催化剂进行筛选,考察反应工艺条件的影响,并对反应机理进行探讨.最终确定I2为最佳催化剂,反应的最优工艺条件为:催化剂0.099 mol·L-1,温度T=433K,初始压力P=4.0 MPa,搅拌速度500 r/min.该工艺条件下甲烷转化率可达63.57％,目的产物收率为52.6％,产物选择性82.74％.     

Support Effect in Supported Ni Catalysts on Their Performance for Methane Partial Oxidation

Supported nickel catalysts were prepared by impregnation of La₂O₃, MgO and ZrO₂ substrates and tested in the partial oxidation of methane to synthesis gas at atmospheric pressure. Nickel interacted strongly with La₂O₃ forming a deficient LaNiO_3- perovskite structure upon calcination. Upon reduction at 973 K, the Ni/La₂O₃ catalysts that resulted were highly active and selective for syngas production. By contrast, a separate and readily reducible NiO phase was formed on the ZrO₂ support. Because the interaction of metallic nickel particles on ZrO₂ is weak, the catalysts underwent deactivation by sintering of metal particles during on-stream operation as confirmed by photoelectron spectroscopy. The relatively high activity of the Ni/MgO systems was associated with the formation of a highly stable cubic Ni-Mg-O solid solution, in which nickel remains highly dispersed during the methane partial oxidation reaction.     

Liquid-Phase Oxidation of Benzene to Phenol by Molecular Oxygen over La Catalysts Supported on HZSM-5

The liquid-phase oxidation of benzene to phenol over lanthanum oxide catalysts (LaOx/HZSM-5) supported on HZSM-5 was studied in the presences of oxygen as an oxidant and ascorbic acid as a reducing regent. LaO_x/HZSM-5 effectively catalyzes the formation of phenol at 353 K under the pressurization of oxygen. The LaO_x/HZSM-5 catalysts take place no leaching of lanthanum species from the catalysts to acidic solvent. Therefore, it is demonstrated that the supported lanthanum catalysts are stable and reusable for the benzene oxidation even in the acidic reaction solution.     

LaMnO3 Perovskite Supported Noble Metal Catalysts for the Total Oxidation of Methane

Two series of LaMnO₃ supported noble metal (Pt, Pd, Rh) catalysts prepared by the citrate method and calcined in air at 600 and 800 °C, respectively, were investigated. The catalysts resulting from method A were prepared by simultaneous incorporation of the noble metals during perovskite preparation and those following method B were generated by impregnation of the calcined perovskites with the noble metal compounds. The noble metals form solid solutions with the perovskite lattice. Reduction of the catalysts with hydrogen prior to the catalytic reaction led to a significant enhancement of the catalytic activity. During the catalytic reaction, the noble metal clusters are partially transformed to highly dispersed noble metal oxides or nonstoichiometric noble metal oxide phases, which are the catalytically active phases for the total oxidation of methane. The best results were obtained with the Pd containing catalysts prepared by method B.     

Methane Conversion to Synthesis Gas by Partial Oxidation and CO2 Reforming over Supported Platinum Catalysts

Partial oxidation of methane and reforming of methane with CO₂ were carried out with Pt/Al₂O₃, PtZrO₂ and Pt/CeO₂ catalysts, in the temperature range of 350–900 °C. For partial oxidation, the catalysts showed similar stabilities, with the PtZr slightly more active. The reaction occurs in two simultaneous stages: total combustion of methane and reforming of the unconverted methane with steam and CO₂, with the O₂ conversion of 100% over the whole temperature range. For reforming with CO₂, the catalysts presented similar activities, but with distinct deactivation rates: while the PtAl deactivates very fast at 800 °C, due to deposition of inactive carbon, the PtZr and PtCe catalysts offer higher resistance to coke formation, due to the metal-support interactions and the higher mobility of oxygen in the oxide lattice.     

锰氧化物催化剂催化氧化甲醛的研究进展

锰氧化物具有活性高、毒性低、资源丰富、合成方法多样等优点,常作为许多催化反应的催化剂或载体材料。该文综述了近年来锰氧化物催化剂的研究进展,主要介绍了单一锰氧化物、掺杂改性的锰氧化物以及锰氧化物复合材料在甲醛催化氧化反应中的催化性能;讨论了形貌、晶型结构以及其他因素对催化性能的影响;并归纳了一部分甲醛催化氧化的反应机理;最后指出要发展高效、经济、环保的锰氧化物催化剂,通过构建更多的缺陷、添加助剂、掺杂改性等方法,增加活性面和活性位的数量,来提高锰氧化物的催化性能是未来的主要研究方向。     

锆改性氧化铝负载的纳米金催化剂上环己烷氧化研究

通过浸溃法制备氧化锫改性的氧化铝载体,并采用改进的阴离子交换法(DAE)制备了负载型纳米金催化剂.以分子氧为氧化剂,考察了金催化剂在环己烷选择性氧化制环己酮和环己醇反应中的催化性能.结果表明,提高锆含量,环己烷转化率保持稳定,环己酮和环己醇总选择性,尤其是环己酮的选择性明显提高.随着金负载量增加,金颗粒增大,催化剂的活性降低,金颗粒在6nm以下的催化剂具有很高的催化活性.在423K,1.5MPa、3h反应条件下,0.6%(wt) 金和17%(wt)锆含量的催化剂上环己烷氧化得到9,5%的转化率,环己酮和环己醇的选择性分别为38.8%和51.5%.