负载型贵金属催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应机理的原位红外和喇曼光谱表征

采用原位时间分辨红外光谱和原位显微喇曼光谱技术,对CH4/O2/Ar(2/1/45)混合气在SiO2和Al2O3负载的Rh、Ru、Ir等催化剂上反应的初级产物和催化剂表面物种进行了研究.在此基础上,辅之以改变催化剂预处理条件,脉冲反应-质谱和TPR等实验方法,对相应催化剂上的O2-和积碳物种浓度及其与甲烷部分氧化(POM)制合成气反应机理的关系进行了系统研究.实验结果表明,燃烧-重整机理是Ru/Al2O3和Ru/SiO2上CO和H2生成的主要途径,而由CH4的直接氧化生成CO和H2是Rh/SiO2上POM反应的主要途径;在新还原的Ir/SiO2上,CO是POM反应的初级产物,而在稳态条件下,催化剂表面积碳与CO2和/或H2O的反应以及未积碳表面的CH4燃烧-重整反应可能是CO生成的主要途径之一.造成Ru/SiO2、Ru/Al2O3、Rh/SiO2和Ir/SiO2等催化剂上POM反应机理差异的原因主要源于反应条件下催化剂表面氧物种(O2-)和积碳物种浓度的差异,而造成反应条件下催化剂表面氧物种浓度差异的本质可能与Ru、Rh和Ir等对氧亲合力及M-O键能的高低等因素有关.对Rh/Al2O3催化剂,POM反应的初级产物与催化剂的焙烧温度有关.在600℃焙烧的催化剂上,CO是POM反应的初级产物,而在900℃焙烧的催化剂上,CO2是反应的初级产物,造成两催化剂上POM反应机理差异的本质可能与不同温度焙烧的催化剂上Rh物种的可还原性不同并进而影响POM反应条件下催化剂表面氧物种的浓度有关.     

SO2在Fe2O3-CeO2/γ-Al2O3上的催化还原

研究了γ-Al2O3上浸渍不同金属催化剂催化CO还原SO2的反应,结果发现,Fe2O3/γ-Al2O3具有最高的催化活性,在Fe2O3/γ-Al2O3基础上引入具有较高氧空位和氧流动性的CeO2,催化剂的活性得到进一步的提高,主要是由于两活性物种Fe和Ce有着某种协同作用.不同方法制备的Fe2O3/γ-Al2O3的催化活性也不同,采用溶胶-凝胶法制备的催化剂的活性最好,可能是由于溶胶-凝胶法使催化剂表面的活性物种分布更均匀.     

氮化碳对Cu-ZnO-Al2O3催化CO2加氢合成甲醇的影响

采用固体混合法制备了石墨相氮化碳(g-C3N4)复合Cu-ZnO-Al2O3催化剂,通过XRD、H2-TPR、CO2-TPD和N2 O滴定等表征手段对催化剂进行表征,并将其用于CO2加氢合成甲醇反应.结果表明,g-C3N4的适量添加可以提高催化剂上铜物种的分散度和催化剂的碱性位点,增加铜颗粒的比表面积,有利于CO2的吸...     

焙烧温度对Rh/Al2O3上甲烷部分氧化制合成气反应机理的影响

采用原位时间分辨红外光谱、H2-TPR、XPS和甲烷的脉冲反应等实验技术,对600和900℃焙烧的Rh/Al2O3上甲烷部分氧化(POM)制合成气反应的机理进行了考察.实验结果表明,在600℃焙烧的催化剂上,CH4直接氧化为CO是POM反应的主要途径,而在900℃焙烧的催化剂上,燃烧-重整机理是合成气生成的主要途径.造成这两种催化剂上POM反应机理差异的本质可能在于900℃焙烧的催化剂上与载体接触紧密的Rh物种的可还原性较弱,并进而导致POM反应条件下该催化剂表面O2-物种的浓度高于600℃焙烧的催化剂.     

烟气体系下CO2与CH4重整反应的研究

使用以α-Al2O3和γ-Al2O3为载体的改性Ni负载型催化剂,在连续流动式固定床反应上评价了CO2-CH4-O2-He转化制合成气的性能。结果表明,在常压、500～700 ℃的温度范围以及原料中CO2体积分数为15%的条件下,反应温度越高,2种催化剂上反应生成的合成气的体积分数越大,但α-Al2O3基催化剂具有更高的活性和生成合成气的选择性;使用α-Al2O3催化剂时,临氧条件比非临氧条件更有利于合成气的生成,O2体积分数越高越有利于合成气的生成; CO2与CH4体积比越小越利于合成气的生成和CO2的转化;α-Al2O3基催化剂具有良好的再生性能。当CO2与CH4体积比为3：4,O2体积分数为2.5%,反应温度700 ℃,常压下反应尾气中合成气的体积分数可达83.8%,CO2的转化率可达95%。     

沉淀型Ni-La_2O_3/ZrO_2催化剂上CO_2甲烷化性能的研究

采用并流共沉淀法将不同量的稀土氧化物La2O3添加到Ni/ZrO2催化剂中,进行了XRD、TPR分析测试。结果表明,添加一定量的La2O3使催化剂的晶体结构发生变化,产生了新的物种,从而使催化剂表面改性,提高了NiO的分散度,有利于活性中心的形成,并且降低了催化剂的还原温度,当n(La)∶n(Ni)∶n(ZrO2)=0 4∶1∶1时效果最好;考察了反应温度和空速对CO2转化率的影响,在反应温度较低时,由于受到反应动力学的限制,CO2的转化率较低。     

Ga2O3/γ-Al2O3表面丙烷选择性还原NO的反应机理研究

对不同催化剂的制备方法及催化剂中镓含量对催化剂活性的影响进行了研究,对Ga2O3/γ-Al2O3催化剂中的活性中心进行了讨论;用原位红外技术、暂态反应技术、程序升温脱附和程序升温表面反应等方法对Ga2O3/γ-Al2O3表面丙烷选择性还原NO的反应机理进行了研究.对催化剂表面各吸附物种的形成和反应性能、NO对丙烷氧化的影响进行了详细的研究,实验结果与化学计量学计算结果相结合可以推测出哪些吸附物种涉及NO的选择性还原,哪些吸附物种没有参与NO的还原反应,从而推断出在Ga2O3/γ-Al2O3催化剂表面丙烷选择性还原NO的反应机理.     

添加过渡金属氧化物对CH4、CO2和O2制合成气催化剂性能的影响

在CH4、CO2 和O2 制合成气反应中 ,通过添加过渡金属氧化物 (助剂 ) ,改善了Ni/CaO -Al2 O3催化剂的性能。结果表明 ,添加助剂提高了催化剂的低温活性 ,但高温活性只有添加CuO时才有所提高。试验还测得催化剂的抗积炭顺序 :Ni-CuO/CaO -Al2 O3>Ni-MnO2 /CaO -Al2 O3>Ni-Cr2 O3/CaO -Al2 O3>Ni-V2 O5 /CaO -Al2 O3>Ni/CaO-Al2 O3。采用晶格氧活动性、TPR、XPS方法发现 ,助剂的添加提高了Ni的电子云密度 ,减弱了CH4深度裂解的可能性 ;提高晶格氧的活动性 ,使在催化剂表面上的积炭能被及时气化 ,防止了碳物种的积累     

V2O5负载量对VOx/MgAl2O4催化异丁烷脱氢制异丁烯的影响

采用浸渍法制备了不同V2O5负载量VOx/MgAl2O4催化剂,考察了该系列催化剂在560 °C时的异丁烷脱氢反应性能。利用XRD、低温氮气吸脱附、FT-IR和H2-TPR等分析手段对催化剂的性质进行了表征,并分析了催化剂表面性质与其催化性能的关系。结果表明：当V2O5负载量（w）低于5 %时,催化剂表面以还原性能好、单层分散的孤立态和聚合态钒氧物种为主;当V2O5负载量高于5 wt%时,催化剂表面开始形成还原性能较差的镁钒酸盐物种。异丁烷脱氢反应活性结果表明,当V2O5负载量（w）为5 %时,异丁烷脱氢性能最佳,异丁烷转化率和异丁烯收率可分别达到41.9 %和31.4 %。低价态钒氧物种为异丁烷脱氢反应的活性物种。     

LaFeO3甲烷氧化催化剂的表征及反应性能评价

采用高温熔融法制备出LaFeO3系列催化剂,利用XRD,BET,XPS等分析手段对催化剂样品进行了表征,并通过CH4/O2切换反应考察了催化剂的反应性能.结果表明,纯LaFeO3催化剂具有2个O1s峰,低结合能的氧归属为晶格氧,高结合能的氧归属为吸附氧;负载型的催化剂除了含有晶格氧和吸附氧外,还含有大量与Al2O3结合的表面氧;加入助剂会降低各种结合状态氧的结合能;高温熔融致使催化剂中晶格氧的结合能降低.采用挤条法制备的活性组分质量分数为40％的Al基新鲜LaFeO3催化剂反应性能最佳,其CH4转化率、CO选择性分别为87.9％,97.1％,且产物H2/CO（摩尔比）为2.     

Ag-Pd/Al2O3上C3H6选择性催化还原NOx的研究

研究了不同的Pd添加量及氧浓度对Ag-Pd/Al2O3催化剂上C3H6选择性催化还原NOx性能的影响和可能的反应机理.活性评价结果表明其他反应条件不变时,Pd的添加量为0.01%时,Ag-Pd/Al2O3催化剂具有最好的NOx催化活性;氧浓度的增加,有利于NOx的转化率的提高.原位漫反射红外光谱(In-situ DRIFTS)研究表明,添加0.01%的Pd有利于反应过程中丙烯的部分氧化,即烯醇式物种的生成,该物种与NO-3的反应活性很高,能够迅速生成关键中间体异氰酸酯(-NCO),从而促进NOx催化还原反应的发生.     

激光诱导分子氧与La2O3晶格氧反应生成过氧的Raman光谱研究

采用原位显微Raman光谱技术详细考察了气相氧分压、试样温度、激光功率(0.04～5mW)和波长(785,632.8,514.5,325 nm)等因素对La2O3上过氧物种激光诱导生成的影响.实验结果表明由激光诱导所产生的过氧物种的Raman谱带的强度及其增长速率与气相氧分压、激光波长和功率以及试样的温度等因素密切相关;除了785 nm的激光外,上述其它波长的激光均可诱导分子氧与La2O3的晶格氧反应并生成过氧物种.通过对La2O3表面过氧物种激光诱导生成过程的分析,认为激光诱导作用的本质是使基态的三态氧分子(3∑g-)跃迁到单态氧(1∑g+),单态氧再与La2O3表面的晶格氧反应生成过氧物种,激光波长的理论阈值为762.7 nm.     

助剂对CuO-ZnO-Al_2O_3催化剂在CO_2加氢制甲醇反应中性能的影响

采用共沉淀法制备了CuO-ZnO-Al2O3催化剂,并以金属氧化物为助剂对其进行了改性,在固定床连续流动反应装置上考察了6种助剂改性的CuO-ZnO-Al2O3催化剂对CO2加氢合成甲醇反应的催化性能。采用N2静态吸附、X射线衍射、H2-程序升温还原等方法对催化剂进行了表征。实验结果表明,用ZrO2或Ag2O改性CuO-ZnO-Al2O3催化剂后,在240℃、2.0MPa、重时空速3600h-1、n(H2):n(CO2)=3:1的反应条件下,CO2转化率提高了约2个百分点,甲醇选择性提高了约4个百分点,甲醇收率提高了约1个百分点;ZrO2改性增大了CuO-ZnO-Al2O3催化剂的比表面积,提高了催化剂表面Cu物种的分散度;Ag2O改性可能使CuO-ZnO-Al2O3催化剂产生了新的活性中心Ag+。     

CeO2对CH4-CO2重整Ce-Rh/Al2O3催化剂抗积碳性能的影响

采用脉冲反应方法考察了一系列Ce-Rh/Al2O3催化剂上CH4裂解积碳和CO2消炭反应性能,并采用TPR,CO2-TPSR对催化剂进行表征,研究了助剂的添加量和催化剂焙烧温度对Rh-CeO2相互作用的影响.实验结果表明,CeO2添加量的增加有利于提高催化剂的抗积碳性能,而焙烧温度升高使Rh-CeO2和Rh-Al2O3间相互作用增强,对催化剂的抗积碳性能不利.     

富氧气氛中Ag/Al2O3催化C3H6与C2H5OH还原NO的原位红外对比研究

利用原位红外分析手段,探讨了真实条件下选择性催化还原NO的反应机理.研究表明,富氧条件下以Ag/Al2O3为催化剂选择性催化还原NO时,C2H5OH是一种比C3H6更具活性的还原剂.C2H5OH部分氧化时,主要以烯醇式物种吸附于催化剂的表面,该物种与NO迅速反应转化为NCO是以乙醇为还原剂时能高效还原NO的关键.而以C3H6为还原剂时,与NO反应形成NCO起主导作用的却是反应活性较低的羧酸盐,并最终导致NO去除率较低.     

Fe助剂对CuO/Al_2O_3催化剂上CO_2+H_2合成甲醇影响的研究

在363～873K的温度范围内,0.1MPa的压力下,研究了不同前驱态的铁助剂对CuO/Al2O3催化剂上CO2+H2合成甲醇的影响,对这些催化剂用XRD和TPR方法进行了表征,研究结果表明,在本实验条件下,CuO/Al2O3催化剂上生成甲醇的活性与其上的晶相铜无直接的联系,与催化剂低温活性直接相关的是在室温下能被空气氧化、也可在室温下被还原的高度分散的铜物种;Fe助剂能明显地改变CuO/Al2O3催化剂中Cu的分布、分散度和价态,能增加这些铜物种的含量,从而提高催化剂在CO2+H2合成甲醇反应的低温活性。     

NO在CuO/Ti0.5Zr0.5O2催化剂上TPD-MS研究

以Ti0.5Zr0.5O2复合氧化物为载体,采用浸渍法制备了一系列不同负载量的CuO/Ti0.5Zr0.5O2催化剂,在色谱-微反装置上考察了催化剂对NO+CO的反应活性,并运用NO-TPD等技术对催化剂进行了表征.结果表明,CuO/Ti0.5Zr0.5O2催化剂对NO+CO的催化还原活性除高度分散的Cu物种外,孤立的CuO和晶相CuO也起了相当大的作用,ZrTiO4新物相的出现提高了催化剂的活性;NO-TPD结果显示高温吸附中心可能是Cu2+位,低温吸附中心可能是Cu0吸附位.     

CuO-La_2O_3/ZrO_2催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢

采用氨水沉淀法和浸渍法制备了复合氧化物催化剂CuO-La2O3/ZrO2(简称Cu-La/ZrO2催化剂),研究了Cu-La/ZrO2催化剂在乙醇水蒸气重整制氢反应中的催化性能。用N2吸附-脱附、透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱对试样进行了表征。Cu-La/ZrO2催化剂为单斜晶相结构的纳米晶粒,Cu物种高度分散在ZrO2载体表面,Cu-La/ZrO2催化剂经还原后,Cu物种主要以Cu2O形式存在,反应后Cu物种主要以单质形式存在。Cu-La/ZrO2催化剂对乙醇水蒸气重整反应有较高的活性和选择性。在乙醇与水的摩尔比1∶6.33、乙醇水溶液进料量0.1mL/min、Cu-La/ZrO2催化剂用量500mg的条件下,反应温度723K时乙醇转化率为78%～88%,气相产物中H2的摩尔分数约为75%,CO摩尔分数小于1%,CH4摩尔分数约为1%;反应温度773K时,乙醇转化率可达98%。     

Ni/α-Al2O3上CH4/CO2重整反应动力学的研究--反应温度的影响

在活塞流式微分反应器和脉冲微型反应器中,反应温度550～750℃,分别通过连续反应和脉冲反应,考察了Ni/α-Al2O3催化剂上CH4/CO2反应的动力学行为.结果表明,在550～600℃,原料气CH4和CO2的反应级数随温度升高而增大,产物CO的反应级数随温度提高而提高,H2的反应级数随温度升高而降低.在650～750℃,原料气CH4的反应级数随温度的升高略有增加,而CO2的反应级数恒定,产物H2不再影响反应速率,产物CO反应级数随温度升高几乎恒定.并且发现以上两个温度区间的CH4/CO2反应的表观活化能有显著不同,表明Ni/α-Al2O3催化剂上CH4/CO2重整的反应历程在650℃左右发生了明显变化.     

NiMoC/γ-Al_2O_3催化剂用于甲烷三重整反应

采用共浸渍和程序升温碳化法制备了一系列NiMoC/γ-Al2O3催化剂,并用于甲烷三重整制合成气反应,通过XRD,H2-TPR,CO2-TPD,O2-TPO,TG-DSC等方法对催化剂进行了表征,考察了Ni的添加对催化剂的活性、表面性能和晶型结构的影响。实验结果表明,m(Ni)∶m(Mo)=0.4的NiMoC-0.4/γ-Al2O3催化剂具有较高的活性,在常压、850℃、气态空速4 600 mL/h、n(CH4)∶n(O2)∶n(CO2)∶n(H2O)=1.00∶0.16∶0.39∶0.30的条件下,CH4转化率达95.8%,CO2转化率接近100%,H2与CO的收率分别为99.0%和95.8%,产物中V(H2)∶V(CO)=1.85。表征结果显示,Ni的添加有助于Mo2C的形成,并增强了Mo与载体的相互作用,增加了催化剂表面的碱性位。由于Ni3C比碳化钼更易被氧化,从而保护了碳化钼不被氧化,在反应气氛下催化剂中的Mo物种可进一步被碳化,使得高温下NiMoC-0.4/γ-Al2O3催化剂的活性较高且较稳定。