机械化学法制备甲烷化Ni/Al_2O_3催化剂性能研究

采用机械化学一步法、机械化学-浸渍两步法和浸渍法(以普通商业Al_2O_3为载体)分别制备了Ni/Al_2O_3-J、Ni/Al_2O_3-Z和Ni/Al_2O_3-C三个催化剂。通过XRD、H_2-TPR、N_2吸附-脱附和SEM等进行表征,并在浆态床上对催化剂的合成气甲烷化性能进行了测试。结果表明,相对于普通商业Al2O3,采用机械化学法合成的氧化铝比表面积大,孔径分布集中,其负载Ni制备的催化剂甲烷化性能较高。采用机械化学一步法合成的催化剂Ni/Al_2O_3-J的表面形貌规整,具有较好的Ni分散性,比表面积较大(266.8 m²/g)。在压力1.0 MPa、温度300℃、H_2∶CO=3.1∶1和空速1 200 mL/(g·h)条件下,平均CO转化率、CH_4选择性和收率分别高达98.6%,96.0%和94.7%,高于其它方法制备的催化剂。     

机械化学法制备甲烷化Ni/Al_2O_3催化剂性能研究

采用机械化学一步法、机械化学-浸渍两步法和浸渍法(以普通商业Al_2O_3为载体)分别制备了Ni/Al_2O_3-J、Ni/Al_2O_3-Z和Ni/Al_2O_3-C三个催化剂。通过XRD、H_2-TPR、N_2吸附-脱附和SEM等进行表征,并在浆态床上对催化剂的合成气甲烷化性能进行了测试。结果表明,相对于普通商业Al2O3,采用机械化学法合成的氧化铝比表面积大,孔径分布集中,其负载Ni制备的催化剂甲烷化性能较高。采用机械化学一步法合成的催化剂Ni/Al_2O_3-J的表面形貌规整,具有较好的Ni分散性,比表面积较大(266.8 m~2/g)。在压力1.0 MPa、温度300℃、H_2∶CO=3.1∶1和空速1 200 mL/(g·h)条件下,平均CO转化率、CH_4选择性和收率分别高达98.6%,96.0%和94.7%,高于其它方法制备的催化剂。     

CH4／CO2转化制合成气（CO／H2）Ni／Al2O3系列催化剂活性的研究

本文在甲烷二氧化碳转化反应的Ni／Al_2O_3催化剂基础上，加入不同助剂，制备了用于上述反应的系列催化剂，在自装的多功能固定床流动化反应装置上评价了催化剂的催化活性，发现浸溃法是制备转化反应催化剂的较好方法．助剂的加入改善了催化剂中活性组分的分布，合成气收率和选择性都达到了理论平衡转化值．XRD结果证实了上述结论．     

乙醇脱氢氨化制乙腈Cu基催化剂的研究

采用浸渍法制备Cu/Al_2O_3和Cu-Ni/Al_2O_3催化剂,研究载体、CuO负载量和助剂Ni元素加入对催化剂的影响,采用XRD、BET、H_2-TPR和NH_3-TPD等对催化剂进行表征,考察反应温度、氨醇物质的量比和空速对催化剂性能的影响。结果表明,在反应温度295℃、氨醇物质的量比5. 5和乙醇空速0. 6 h~(-1)条件下,Cu1Ni1/Al_2O_3催化剂催化性能最佳,且运行550 h,催化活性未明显降低。     

Pd-Pt-Ce/Al_2O_3催化剂在VOC净化处理中的催化性能

采用浸渍法制备Pd-Pt-Ce/Al_2O_3催化剂,考察贵金属Pd和Pt负载量、助剂种类及负载量、空速对催化甲苯燃烧活性的影响。结果表明,适宜的贵金属负载量和助剂可极大提高Pd-Pt/Al_2O_3催化剂活性,当Pd和Pt质量分数分别为0.05%和0.005%、助剂Ce质量分数为1%时,Pd-Pt-Ce/Al_2O_3催化剂在低温条件下表现出较好的催化性能。空速对催化剂的催化活性影响较为明显,适宜的空速低于20 000 h-1。     

CuO-CeO_2/MO_x-Al_2O_3催化剂催化CO氧化性能的研究

以拟薄水铝石为前驱体,经高温焙烧得到γ-Al_2O_3载体,利用Ce、La、Zr助剂对载体进行改性,然后采用等体积浸渍法制备CuO-CeO_2/MO_x-Al_2O_3催化剂,通过N_2-吸附脱附、SEM、H_2-TPR、CO氧化活性评价等方法,考察助剂种类以及添加量对催化剂结构及催化CO氧化性能的影响。结果表明,以CeO_2为助剂,且添加量为15%(即m_(CeO_2)/m_(γ-Al_2O_3)=15%)时,CuO-CeO_2/CeO_2-Al_2O_3催化剂具有较高的分散度,较多的表面CuO物种,较好的氧化还原性能,进而提高了催化CO氧化性能。在反应温度为100℃,反应压力为常压,气相体积空速为2 000 h^(-1),原料气中CO含量为3%的条件下,CuO-CeO_2/CeO_2-Al_2O_3催化剂上CO转化率达47.4%。     

CuO-CeO_2/MO_x-Al_2O_3催化剂催化CO氧化性能的研究

以拟薄水铝石为前驱体,经高温焙烧得到γ-Al_2O_3载体,利用Ce、La、Zr助剂对载体进行改性,然后采用等体积浸渍法制备CuO-CeO_2/MO_x-Al_2O_3催化剂,通过N_2-吸附脱附、SEM、H_2-TPR、CO氧化活性评价等方法,考察助剂种类以及添加量对催化剂结构及催化CO氧化性能的影响。结果表明,以CeO_2为助剂,且添加量为15%(即m_(CeO_2)/m_(γ-Al_2O_3)=15%)时,CuO-CeO_2/CeO_2-Al_2O_3催化剂具有较高的分散度,较多的表面CuO物种,较好的氧化还原性能,进而提高了催化CO氧化性能。在反应温度为100℃,反应压力为常压,气相体积空速为2 000 h~(-1),原料气中CO含量为3%的条件下,CuO-CeO_2/CeO_2-Al_2O_3催化剂上CO转化率达47.4%。     

CeO_2-CuO/ZnO/Al_2O_3用于1,5-戊二醇气相催化脱氢制备δ-环戊内酯的研究

采用溶胶-凝胶法制备了CeO_2-CuO/ZnO/Al_2O_3,通过XRD检测了CeO_2-CuO/ZnO/Al_2O_3,揭示了CeO_2-CuO/ZnO/Al_2O_3微观结构和内在规律。结果发现,金属离子之间存在协同效应,以1,5-戊二醇气相催化脱氢制备δ-环戊内酯为探针反应,评价其催化活性,3%CeO_2的CuO/ZnO/Al_2O_3呈现出最高催化活性。催化反应的最佳反应条件:反应温度为563 K,气时空速为5 h-1,反应时间为5 h,V(氢气)∶V(1,5-戊二醇)=2.0∶1,p(H2)=0.12 MPa,此时,1,5-戊二醇的转化率为93.0%,δ-环戊内酯的选择性和收率最大值分别达到94.0%、87.4%。该方法为1,5-戊二醇气相催化脱氢制备δ-环戊内酯的中试和工业放大性研究提供了基础数据和实验依据。     

Ni-Cu-Mo/Al_2O_3催化剂用于CH_4/CO_2重整的研究

甲烷和二氧化碳重整制合成气是有效利用二氧化碳资源的重要途径,对于环境保护和综合利用资源具有重大意义。文章采用浸渍法制备一系列不同镍钼质量比的Ni-Cu-Mo/Al_2O_3催化剂,通过固定床反应器考察不同Ni/Mo质量比和反应温度对催化剂性能的影响,并采用XRD,BET,SEM,CO_2-TPD技术对催化剂进行了表征。结果表明:催化剂的最佳反应温度是800℃,Ni/Mo质量比为0.75的催化剂表现出最好的催化活性。在800℃,空速182 m L/(g·min)的反应条件下,CH_4、CO_2的转化率分别为97.7%,99.1%,CO,H2的选择性分别达到94.4%,92.1%。     

新型苯加氢制环己烷低Ni/Al_2O_3催化剂的研制

用混合杂多酸改性工业γ-Al_2O_3载体,制备了一种低含量Ni/Al_2O_3催化剂(Ni含量在5%以内)。其催化活性、稳定性和选择性均与进口的LO-143型Ni/Al_2O_3催化剂的试验结果基本一致。     

甲烷二氧化碳重整镍基催化剂的研究

采用浸渍法制备不同组成催化剂Ni-M/γ-Al₂O₃（M=Zr、Co、Mg、Nd）,通过固定床反应装置考察不同助剂、助剂含量和反应温度对催化剂活性的影响,并对催化剂进行X射线衍射表征。结果表明,14Ni-5Mg/γ-Al₂O₃的催化活性较好,随着反应温度的升高,甲烷转化率和CO收率均升高,反应温度升至800 ℃时,甲烷转化率达97.54%。采用共沉淀法制备载体、浸渍法制备的催化剂14Ni/MgO-Al₂O₃,在反应温度800 ℃、压力1.013 kPa、n(CO₂)∶n(CH₄)=1.2和催化剂用量0.5 g条件下,CO收率高于14Ni-5Mg/γ-Al₂O₃催化剂,但甲烷转化率略低。     

Ni/Al_2O_3催化剂的CO_2-TPD表征

Ni/Al_2O_3催化剂是甲烷二氧化碳重整反应制取合成气研究最多、最具应用潜力的一种催化剂。通过对催化剂进行CO_2-TPD研究,考察还原态Ni/Al_2O_3催化剂的CO_2脱附特性。结果表明,浸渍法制备的Ni/Al_2O_3催化剂CO_2脱附曲线呈现双峰,分别在(60~65)℃和(350~380)℃出现高低温两个活性位;高温CO_2吸附量为3.0 cm~3·g~(-1),低温CO_2吸附量为24.0 cm~3·g~(-1)。催化剂的CO_2吸附量与其Ni含量无关。考察选用不同载体的CO_2脱附行为,发现以Al_2O_3为载体的催化剂CO_2吸附量是MgO和SiO_2为载体催化剂的2~4倍,以TiO_2为载体的催化剂几乎不吸附CO_2。     

镍基氨分解制氢催化剂的制备及性能

用浸渍法制备Ni/Al_2O_3和Ni/xMo-Al_2O_3催化剂,以氨分解为模型反应,考察Ni负载量、焙烧温度、溶剂和助剂等合成条件对催化剂催化性能的影响,通过XRD和TG-DTG表征方法对催化剂进行表征。结果表明,最佳合成条件:Ni负载质量分数为16%,焙烧温度350℃,采用丙酮为溶剂制备的Ni/Al_2O_3催化剂具有较好的催化活性。500℃添加质量分数3%的助剂Mo可以使Ni/Al_2O_3催化剂的活性显著提高39%,Ni/3%Mo-Al_2O_3催化剂的氨分解率达93.5%。     

Y_2O_3对MoO_3/ZrO_2催化剂的影响及其在甲烷化反应中的应用

采用浸渍法制备Y_2O_3促进的Mo O3/Zr O2催化剂,通过H2-TPR和XRD对催化剂的物化性能进行表征,研究Y_2O_3对催化剂中活性组分Mo O3与载体Zr O2之间相互作用力的影响。催化剂活性评价结果表明,助剂Y_2O_3在直接甲烷化反应中明显提高催化剂稳定性。在空速5 000 h-1、反应压力3.0 MPa和反应温度450℃条件下,反应800 h,催化剂活性保持稳定,具有优良的抗水合稳定性。     

Ni/Ca-α-Al_2O_3催化剂上甲烷部分氧化制合成气的研究

用共沉淀法制备了Ni/Ca-α-Al_2O_3催化剂,采用XRD、H_2-TPR和活性评价等研究方法,考察了CaO助剂对Ni/α-Al_2O_3催化剂物化性质和甲烷部分氧化制合成气反应性能的影响。实验结果表明,CaO能抑制NiAl_2O_4尖晶石的形成,并且增强Ni物种与载体的相互作用。同时,适量的CaO助剂可以提高Ni物种在催化剂中分散度,并提高其有效利用率,改性后的催化剂在甲烷部分氧化反应中显示出较好的反应性能。     

La_2O_3含量对La-Ni/ZrO_2-Al_2O_3催化剂甲烷化性能的影响

采用浸渍法制备了复合氧化物ZrO_2-Al_2O_3,在此基础上采用共浸渍法制备了La-Ni/ZrO_2-Al_2O_3催化剂,考察了催化剂中La2O3含量对催化剂CO甲烷化活性的影响,并利用BET、XRD和TPR对催化剂的物化性能进行了分析。结果表明当La2O3含量为2%~6%(质量分数,下同)时,其在低温和高温时的催化活性均比Ni/ZrO_2-Al_2O_3有一定的提升。另外比较了催化剂4La-Ni/ZrO_2-Al_2O_3和Ni/ZrO_2-Al_2O_3在500℃下连续反应100 h的活性和积碳,结果显示催化剂4La-Ni/ZrO_2-Al_2O_3具有很好的稳定性和优良的抗积碳性能。     

合成气完全甲烷化催化剂技术研究

通过载体的制备、助剂及活性组分的加入,最终得到担载型Ni O·La_2O_3·Mg O/Al_2O_3甲烷化催化剂。在10 m L两段反应装置中进行了甲烷化催化剂1000 h稳定性评价试验,反应条件为:反应温度610℃(一段)和313℃(二段),反应压力3.0 MPa,平均空速6500 h~(-1),原料气H_2/CO=3.03。试验结果表明催化剂活性基本没有下降,CO转化率平均为99.97%,CH_4选择性平均为98.44%。     

CeO2助剂对Ni基催化剂甲烷化性能的影响

甲烷化工艺是煤制天然气的关键技术,甲烷化催化剂则是甲烷化技术的核心。Ni基催化剂具有活性高、选择性好和价格低廉等优点,但易积炭,积炭堵塞催化剂孔道,覆盖表面金属活性位,导致催化剂失活。稀土类金属氧化物（如CeO₂、La₂O₃等）对Ni基催化剂的活性、稳定性、抗积炭性能以及活性组分的分散有明显的促进作用。采用共沉淀法制备了CeO₂-La₂O₃复合氧化物载体,负载Ni后用于CO甲烷化反应,利用N2物理吸附、XRD、H₂-TPR、XPS和TG等对催化剂结构进行表征。结果表明,Ni/CeO₂-La₂O₃中CeO₂的添加主要发挥了电子助剂的作用,CeO₂的存在提高了催化剂表面Ni0周围的电子密度,促进Ni物种的还原,同时还能提高催化剂的抗积炭能力,使催化剂表现出更好的甲烷化活性与稳定性。在V（H₂）∶V（CO）=1、反应温度450 ℃、空速24 000 h^-1和常压下,Ni/CeO₂-La₂O₃催化剂的CO转化率达82.7%。     

双催化剂床层在甲烷催化转化中的应用

采用双催化剂床层进行甲烷催化转化,同时制备乙烯和合成气。所得产物体积比适用于乙烯氢甲酰化制丙醛工艺。为避免氧气在第一个床层的过渡消耗,采用中等活性的Co/γ-Al_2O_3进行第一个床层上的甲烷部分氧化(POM)反应,第二床层则采用Na_2WO_4/Mn/SiO_2催化剂进行氧化偶联(OCM)反应。可以通过控制2种催化剂的用量来改变产品分布。当进料比V(CH_4)∶V(O_2)=3、进料速度为150 cm3/min、催化剂相对用量(Co/γ-Al2O3+Na2WO4/Mn/SiO_2)为(0.01+0.16)g时,可以得到产物设计比例V(CO)∶V(H_2)∶V(C2H4)=1.1∶1∶1.2,且CO和C_2H_4总收率约为18.5%。     

Cu-ZrO_2-CeO_2/γ-Al_2O_3催化甲醇水蒸气重整制氢反应的性能

以γ-Al_2O_3为载体,采用浸渍法制备Cu-ZrO_2-CeO_2/γ-Al_2O_3催化剂,用XRD、N_2吸附-脱附、H_2-TPR、NH_3-TPD、CO_2-TPD等方法对其进行表征。在连续流动常压固定床微型反应器上评价Cu-ZrO_2-CeO_2/γ-Al_2O_3催化剂对甲醇水蒸气重整制氢反应的催化性能,考察了反应温度、水醇比和质量空速对催化性能的影响,反应结果表明Cu-ZrO_2-CeO_2/γ-Al_2O_3催化剂具有较高的催化活性和稳定性,在温度为260℃、水醇摩尔比为1.2∶1、质量空速为3.6h–1的条件下,甲醇的转化率可达99%以上,氢气的选择性为98%以上,一氧化碳的选择性低于2.5%。表征结果显示助剂CeO_2和ZrO_2的加入促进活性组分在载体表面的分散性,影响催化剂的孔结构和酸碱性,增强了催化剂的活性。