冷等离子体耦合MoxC-Ni/Al2O3催化剂用于甲烷水汽重整制氢反应

甲烷水汽重整反应是目前工业制氢的主要过程之一，其中提升Ni基催化剂的抗积炭和抗烧结能力以及降低重整操作温度是该工艺的关键。通过将Mo_xC与Ni/Al₂O₃机械混合制备了Mo_xC-Ni/Al₂O₃双功能催化剂(Mo_xC-NiAl),即Ni解离CH₄,Mo_xC活化H₂O,同时耦合冷等离子体，系统地研究了Mo_xC助剂的加入对催化剂结构、等离子体放电性质(放电功率、有效电容)、催化性能的影响，并通过XRD、Raman、TEM等多种表征方法探究了催化剂的失活机制。研究表明，Mo_xC助剂的加入不仅有效促进金属Ni的再分散，提升催化剂的抗烧结能力，还提高了催化剂的有效电容和放电功率，有助于催化剂活性的提高。与传统Ni/Al₂O₃催化剂相比，无额外热源加热条件下，Mo₂C-Ni...     

甲烷水蒸气重整和部分氧化反应制合成气

研究了Ni担载量大小，CeO₂、La₂O₃ 和ZrO₂助剂及反应条件对Ni/γ-Al₂O₃作为催化剂的甲烷水蒸气重整和部分氧化制合成气反应的影响。实验表明：在反应温度为850 ℃，甲烷空速为1.2×10⁴mL/g·h，V（CH₄）∶V（O₂）∶V（水蒸气）=2∶1∶1时，催化剂Ni含量在9％时反应性能最佳，甲烷的转化率和CO的选择性分别为97％和94％，反应3小时后有积炭存在。向Ni/γ-Al₂O₃催化剂中添加CeO₂、La₂O₃、ZrO₂助剂后发现，添加6％CeO₂对改善催化剂的活性和抗积炭能力有显著的效果，CH₄的转化率和CO的选择性分别提高到98.2％和96.4％，而且反应3小时后催化剂活性没有降低。XRD测试结果表明，添加CeO₂后的催化剂生成了NiAl₂O₄尖晶石，这有助于催化剂的抗积炭性能。     

等离子体催化重整CH4/CO2中的等离子体强化表面反应动力学研究

采用实验测量和模拟预测相结合的方法，通过构建详细的机理并开展零维动力学模拟，研究等离子体催化CH₄/CO₂重整过程中等离子体活性物质对表面反应动力学的强化效应。结果表明：等离子体与催化剂的协同对CH₄和CO₂的活化转化能力远强于纯等离子体；动力学模型对反应物的消耗和产物的生成具有较好的预测能力；活性自由基与吸附态物质之间的E-R反应具有较高的反应活性，能有效改变并促进表面反应路径，如等离子体强化的E-R反应CH₃(s)+O→CH₃O(s)的速率比相应的吸附态物质之间的L-H反应CH₃(s)+O(s)→CH₃O(s)+Ni(s)的速率高4个数量级；等离子体催化CH₄/CO₂重整过程中的表面反应路径主要以气相物质与表面吸附态物质之间的E-R反应为主。     

等离子体作用下CH4-CO2重整制取合成气工艺过程数值模拟

随着温室气体CH₄与CO₂排放量的逐年增加，全球气温上升、全球变暖加剧。CH₄-CO₂重整(CRM)能够有效降低温室气体的排放量，且重整产物为合成气(CO和H₂)，能提高碳资源的利用率。通过CRM装置完成了反应过程及产物分析，结合流体仿真软件Fluent与化工模拟软件Chemkin模拟揭示了等离子体作用下CRM制合成气反应过程中进料速率、进料比(n(CO₂):n(CH₄))及等离子体功率对反应器内部温度场与浓度场分布的影响规律。结果表明，随着进料速率提高，物流在反应器内涡流作用加剧，导致反应器底部温度变高，CH₄所参与副反应的平衡向正方向移动，参与主反应的CH₄减少，对CO、H₂的选择性降低。相同进料速率下，进料比越大，目标产物产量越高，过量的CO₂发生副反应，导致CO的增量大于H₂的增量。大功率等离子体提供的高温环境会促进C...     

CH4- CO2体系固体CO2形成条件的预测模型

采用膨胀机制冷工艺回收天然气中的乙烷时,膨胀机出口与脱甲烷塔顶部的温度较低,容易发生CO₂冻堵,影响装置的正常运行。准确预测固体CO₂的形成条件,有助于及时采取相应的措施调整凝液回收装置的操作工况,避免CO₂冻堵。为此,分析了CO₂固体的形成条件,根据相平衡原理,采用标准形式的Peng Robinson状态方程建立了液固平衡模型（LSE）和气固平衡模型（VSE）,据此分别对CH₄-CO₂2气相体系和CH₄-CO₂2液相体系中的固体CO₂形成温度进行了计算,并与用HYSYS软件预测的固体CO₂形成温度进行了比较。结果表明：该计算模型的准确度较高,与实验数据的误差在2 ℃以内;而HYSYS软件预测的CH₄-CO₂气相体系的固体CO₂形成温度较实验数据偏高1～5 ℃,预测的CH₄-CO₂液相体系的固体CO₂形成温度较实验数据偏低1～6 ℃。     

CH4和CO2偶联直接合成乙酸的研究进展

CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸是典型的绿色化学反应之一，但是也是一个热力学不利的过程，实现该反应是化学工程与技术的巨大挑战。CH₄和CO₂作为性质稳定的化合物，在温和条件下的活化与转化是催化领域的难题。综述了近年来国内外CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸的研究进展，重点介绍了克服热力学不利的方法、反应机理以及催化剂研发等方面的工作，分析了构建高性能催化剂可行的方向，展望了CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸的未来发展方向，并提出了相关建议。     

微型流化床中萘催化裂解生成H2和CH4反应动力学研究

生物质气化是生物质能代替化石能源中最具吸引力的方法之一,而生物质气化焦油中萘是最稳定、难以分解的环烃之一。选取萘作为气化焦油模型化合物,利用浸渍法制备了Cu/Ni负载橄榄石催化剂(15Ni/O、9Cu/6Ni/O、15Cu/O),在微型流化床反应器(MFBRA)中,采用模型拟合法计算了萘催化裂解生成H₂和CH₄的动力学参数,评价了双金属催化剂的性能。结果表明,所选的机理函数G(16)、G(20)和G(24)均满足不同催化剂催化裂解萘生成H₂和CH₄的反应。不同CuO和NiO质量分数的催化剂H₂的生成活化能(E_a)值大小顺序为SiO₂> 15Ni/O>橄榄石> 15Cu/O> 9Cu/6Ni/O,CH₄的E_a值大小顺序为橄榄石> 15Ni/O> SiO₂> 9Cu/6Ni/O> 15Cu/O。萘在9Cu/6Ni/O催化剂上裂...     

Ni-Nb2O5/γ-Al2O3催化1,5-双-(四氢呋喃基)-3-戊酮加氢脱氧制备长链烷烃的研究

设计了以γ-Al₂O₃为酸性载体、非贵金属Ni和Nb₂O₅为活性中心的催化剂x%Ni-y%Nb₂O₅/γ-Al₂O₃(x%为Ni质量分数,x=1,2,3,4,5;y%为Nb₂O₅质量分数,y=10,20),考察催化剂中Ni、Nb₂O₅含量和反应工艺条件对该催化剂催化生物燃料含氧中间体1,5-双-(四氢呋喃基)-3-戊酮加氢脱氧反应的影响。结果表明：在反应温度为260℃、H₂压力为3MPa、反应时间为24h的条件下,4%Ni-20%Nb₂O₅/γ-Al₂O₃催化1,5-双-(四氢呋喃基)-3-戊酮加氢脱氧制备长链烷烃的碳摩尔收率总和达89.6%,其中C₁₁烷烃、C₁₂烷烃和C<...     

Ni基催化剂载体对甲烷自热重整制氢反应的影响

考察了不同载体及Zr添加量对甲烷自热重整制氢反应的影响。结果表明，载体为ZrAlO时，Ni基催化剂的催化性能最好，且CH₄转化率和H₂收率随着反应温度的升高而增大，850 ℃时CH₄转化率保持在100％，H₂收率达到79％。对不同Zr添加量的Ni基催化剂XRD谱图分析结果发现，随着Zr的添加量的增加，Al₂O₃和NiAl₂O₄的衍射峰逐渐变得弥散，而ZrO₂的衍射峰逐渐尖锐，且主要以四方相的亚稳态晶相存在。新生成的Zr₅Al₃O_0.5物种占据了本可以生成NiAl₂O₄尖晶石的位置，提高了NiO的分散性，从而提高了催化剂的活性。     

Ni/La-BaTiO3催化剂的低温CH4/CO2重整性能研究

镧液相掺杂合成了不同镧含量的La-BaTiO3载体,再通过浸渍负载活性组分制备出Ni/La-BaTiO3催化剂。通过CH4/CO2连续重整制合成气反应,考察常压下、700℃和750℃温度的Ni/La-BaTiO3催化剂稳定性和积炭性能;采用CO2脉冲反应评价了700℃低温重整条件下各Ni/La-BaTiO3催化剂上一氧化碳的歧化反应程度。结果表明,一氧化碳的歧化反应程度对催化剂低温CH4/CO2重整的稳定性和积炭性能影响显著,Ni/1.05%La-BaTiO3是最佳的低温CH4/CO2重整催化剂。     

反常辉光放电下CH4-CO2转化制合成气

在常压下，利用一种新型的反常辉光放电反应器，使CO₂重整CH₄制取合成气。实验表明，反应体系输入功率、原料气配比和流量等对反应结果有着较大影响。在常压下，当输入功率为437 W、n(CH₄)∶n(CO₂)＝4∶6及流量为140 mL/min时，CH₄和CO₂的转化率分别高达91.9％和83.2％，并且CO和H₂的选择性分别为82.4％和62.1％。通过调配原料的配比，可以得到不同n(H₂)∶n(CO)比值的合成气。     

CO2甲烷化催化剂CeO2-Ni/Al2O3的制备及性能

 以Ni-Al水滑石为前驱体,采用水热合成法,制备了不同CeO₂含量的αCeO₂-Ni/Al₂O₃催化剂,通过XRD、N₂吸附-脱附、CO₂-TPD和原位漫反射红外分析(DRIFT)等手段,表征了制备催化剂的微观结构和物化性质,评价了其对CO₂甲烷化反应的催化活性及稳定性,并进一步研究其催化CO₂甲烷化反应的机理。结果表明：制备催化剂主要为介孔结构,表面有较多的弱碱和中强碱性位点;CeO₂的适量引入可提高Ni-Al₂O₃催化剂低温催化CO₂甲烷化的活性,其中以CeO₂负载摩尔分数5%的催化剂性能最好,在250 ℃时,CO₂转化率可达91%,CH₄选择性可达100%,且经120 h的稳定性测试后,活性无明显下降;CO₂甲烷化时,催化剂表面产生中间产物甲酸盐和双齿碳酸盐,其有利于CH₄的生成。     

Co掺杂Pt/LaFe1-xCoxO3催化剂的甲烷部分氧化反应性能研究

采用Pt纳米粒子沉积法,制备了一系列不同n(Fe):n(Co)的Co掺杂Pt/LaFe_1-xCo_xO₃催化剂。运用XRD、SEM、XPS、TEM和H₂-TPR分析了催化剂的结构和性能,并将催化剂应用于甲烷部分氧化反应。结果表明,Pt/LaFe_1-xCo_xO₃催化剂由不规则晶粒堆积而成,随着n(Fe):n(Co)减小,晶粒不规则程度增加;特别是n(Fe):n(Co)为6:4的Pt/LaFe_0.6Co_0.4O₃催化剂和7:3的Pt/LaFe_0.7Co_0.3O₃催化剂具有丰富的氧缺陷,限制了Pt纳米粒子生长,促进了Pt分散,且具有优异的可还原性。由于氧缺陷和可还原性可促进O₂在催化剂表面的吸附活化和脱除,Pt纳米粒子为CH₄活化提供活性位,上述两种催化剂性能相对较优。...     

金属有机骨架化合物衍生镍/碳复合材料催化C9石油树脂加氢反应研究

采用助剂修饰合成金属有机骨架基化合物PVP-Ni-MOFs,经N₂气氛退火制备了Ni/C-400催化剂。采用FT-IR、XRD、TEM、SEM、N₂吸附-脱附等对催化剂进行结构与性能表征,考察了Ni/C-400催化C₉石油树脂加氢反应中温度、H₂压力以及时间对反应体系溴值的影响。结果表明：Ni/C-400具有大量介孔结构,助剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)促进了Ni在碳载体上的分散;在Ni/C-400用量0.25 g、H₂压力6 MPa、温度210℃最佳条件下反应2 h,石油树脂的溴值降至1.3 g/100 g,氢化率达95.44%;催化剂经5次循环后,产物的溴值为1.5 g/100 g,表明Ni/C-400具有良好的催化加氢活性和较高的稳定性。     

Ni/CeθM1-θOx催化剂催化二苯并呋喃加氢脱氧性能研究

中低温煤焦油中杂原子氧的含量较高，会造成油品热值低和稳定性差的问题，而加氢脱氧是煤焦油加氢精制最有效的方法之一。采用水热法制备了掺杂金属离子的CeO₂的Ni/Ce_θM_1-θO_x催化剂(M=Fe,Ga,Zr)，研究了催化剂表面氧空位相对含量对二苯并呋喃加氢脱氧反应的影响。采用透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)对催化剂形貌和结构进行了分析，采用拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂表面氧空位进行了研究。利用高压反应釜对具有不同氧空位相对含量的Ni/Ce_θM_1-θO_x催化剂上二苯并呋喃的加氢脱氧活性进行了评价。结果表明，CeO₂掺杂Ga、Zr和Fe后，Ga、Zr和Fe进入CeO₂晶格形成了固溶体结构，导致CeO₂晶格畸变，促进了催化剂表面氧空位的产生。其中，Ni/Ce_θFe_1-θO_x催化剂的...     

Pd和甲醛对Ag/C催化四氯化碳原位液相加氢脱氯性能的影响

采用100 mL反应釜,在N₂存在条件下,研究了Ag/C催化剂催化CCl₄液相原位加氢脱氯反应,考察了助催化剂Pd以及助剂甲醛溶液对CCl₄原位催化转化反应转化率和产物选择性的影响,并结合XRD、XPS表征技术分析了甲醛自身分解反应。结果表明,助催化剂Pd可以提高Ag/C催化剂的活性,以n(Pd)/n(Ag)为0.03的Pd-Ag/C催化剂的活性最高;但对产物CH₂Cl₂和CHCl₃的选择性没有影响,二者选择性之比仍维持在6/4。甲醛的加入明显提高Ag/C催化剂上CCl₄的转化率,同时也改变了产物分布;反应4 h,CCl₄转化率和CH₂Cl₂选择性均达到90%。甲醛主要起促进Ag/C催化剂表面Ag-Cl物种还原为Ag的作用。     

CO2置换法开发不同体系CH4水合物的实验

CO₂置换法引起了许多研究者的注意，该方法能够使CH₄水合物开发和CO₂气体的长期储存同时进行，是一种开发CH₄水合物的新方法。在自行设计的反应装置中考察了3.25 MPa压力下，温度271.2 K、273.2 K和276.0 K时CO₂气体置换十二烷基硫酸钠（SDS）体系和纯水体系CH₄水合物中CH₄的置换过程。实验表明：提高温度有利于置换反应的进行；SDS体系的置换速率比纯水体系的置换速率高。276.0 K、3.25 MPa时，SDS体系和纯水体系100 h的置换效率分别达到6.93% 和14.50%。由于水合物相中静态水的存在，置换反应过程中，CO₂的消耗量与CH₄水合物的分解量并不是1∶1的关系。基于实验结果，简单地分析了CO₂置换CH₄水合物中CH₄的置换机理。     

Ce02对担载Ni催化剂的CH4与C02重整反应活性的影响

考察了担载Ni催化剂在CH4-CO2重整反应中的催化活性，发现Ni/Al2O3的初活性较高，但随反应温度的升高而下降；Ni/CeO2具有较高的CH4转化活性，且随反应温度的升高变化不大，但对CO2的活性很低；Ni/TiO2对CH4及CO2的活性均很差，CeO2的加入对反应活性及其抗积炭性能有显著的影响。1023K反应40h后的寿命实验结果表明，Ni/CeO2/Al2O3催化剂不仅具有很高的CH4及CO2转化活性(转化率分别为96％和86％)，而且显示出良好的抗积炭性能(积炭量2．4mg／gcat/h)；而Ni／CeO2/TiO2的反应活性甚至不及Ni/TiO2。选用不同的Ni盐，反应活性亦有较大差异。以硝酸镍、醋酸镍及硝酸六氨合镍为前体制备的Ni/CeO2/Al2O3催化剂初活性较高，且不易积炭；以氯化镍为前体制备的Ni催化剂虽然初活性较同，但积炭量也高；而以硫酸镍为前体制备的Ni催化剂活性很差。     

Ni/Mo/MgAl(O)催化甲烷干重整制合成气的研究

通过焙烧由共沉淀法制备的NiMgAl-Mo₇O₂₄^6-类水滑石,制备了一系列不同MoO₃质量分数(0、10%、15%、20%、25%和30%)的Ni/Mo/MgAl(O)复合氧化物催化剂。将该催化剂用于甲烷干重整(DRM)反应中,并研究了MoO₃的含量对催化剂性能的影响。借助XRD、BET、H₂-TPR、CO化学吸附、CO₂-TPD以及O₂-TPO等表征手段研究了催化剂结构和性能之间的关系。结果表明,催化剂的催化活性和抗积炭性能与MoO₃含量有关,当MoO₃的负载量为15%时,催化剂的催化活性和稳定性最佳,其在GHSV=60000 mL/(g·h),800℃反应57 h后,甲烷转化率仍维持在66%以上。较大的比表面积、强的金属与载体作用力、较高的金属分散度、适量的酸性和碱性位点数以及Ni-Mo双金属合金的协同作用,使得催化剂具有较好的催化活性和较强的抗积炭能力。     

气溶胶辅助合成介孔Ni/SiO2中空微球及其催化对硝基苯酚还原性能研究

通过催化还原反应将工业废水中常见污染物对硝基苯酚还原为具有较高附加值的对氨基苯酚,对于发展绿色化学与化工具有重要意义。虽然贵金属催化剂(Au、Pd等)在该反应中表现出优异的催化性能,但较高的成本限制了其工业应用。相比而言,Ni基催化剂因具有成本低、活性高等优势受到了广泛关注,但传统的合成方法通常存在Ni纳米颗粒尺寸较大、易团聚等缺点。首先,以气溶胶技术联合表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)利用溶剂蒸发自组装策略合成了SiO₂-MHMs载体,然后采用硝酸镍为Ni源,利用浸渍以及NaBH₄还原策略得到了一系列不同Ni负载量(质量分数)的Ni/SiO₂-MHMs催化剂。X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、N₂物理吸/脱附等多种表征手段的分析结果表明,SiO₂-MHMs载体具有丰富的有序介孔结构,且为中空凹陷的微球形貌,Brunanuer-Emmett-Teller (BET)比表面积和总孔孔容分别为1421 m²