圆柱状成形Ru/AC氨合成催化剂制备及性能

将水洗处理的椰壳活性炭研磨至小于0.08 mm,加入粘合剂挤压成长度3～10 mm、3～5 mm的圆柱形,颗粒经120 ℃烘干、1 900 ℃高温处理和400 ℃经氧、氮等混合气处理后,作为Ru/AC催化剂载体。其侧压强度从无定形的40 N·cm^－1提高到成形后的91 N·cm^－1,磨耗率从无定形的5%左右降低到成形后的0.05%。以成形椰壳炭为载体的Ru/AC催化剂的活性与无定形活性炭为载体时相当,具有在低温、低压、低氢氮比和原料气高氨含量下高活性的特点,且具有很好的耐热性。与无定形椰壳炭相比,以成形椰壳炭为载体制备的Ru/AC氨合成催化剂更适合工业氨合成装置使用。     

柠檬酸对Co/AC催化剂氨合成性能的影响

Co/AC催化剂中钴的分散度低,催化剂低温活性差,利用柠檬酸改性的方法提高钴的分散度,改善钴基氨合成催化剂的低温活性。活性测试结果表明,随着柠檬酸含量的增加,催化剂活性〖JP3〗先增加后降低,柠檬酸质量分数12%(以活性炭的质量为基准)的催化剂催化活性最佳。在425 ℃、10 MPa和10 000 h^-1条件下,用质量分数12%的柠檬酸处理六水硝酸钴所得的催化剂活性约是未处理的150%,柠檬酸处理前驱体使催化剂活性显著提高。柠檬酸对Co/AC催化剂活性的影响主要是通过改善钴的分散度起作用。     

活性炭表面改性对钌基氨合成催化剂的影响

研究了活性炭经HNO₃进行表面改性后对Ru/AC催化剂的影响。利用表面官能团滴定、N₂物理吸附和CO化学吸附方法对催化剂进行表征,并对催化剂进行氨合成活性评价。结果表明,活性炭经适量的HNO₃改性处理后,中孔有所增加,更主要的是增加了表面羧基,使活性炭的亲水性得到提高,从而提高了以水溶液浸渍法制备的Ru/AC催化剂的活性以及Ru的分散度;但过量HNO₃的改性处理会使活性炭表面不稳定基团增加,这些不稳定基团会降低Ru/AC催化剂的活性以及Ru的分散度。用5 mol·L^-1的HNO₃进行改性处理可以达到最优的效果。     

载体活性炭的预处理以及Ru/AC氨合成催化剂的性能

采用N2低温吸附(BET)、扫描电镜(SEM)、X射线荧光分析(XRF)、热重分析(TG-DTG)和程序升温脱附(TPD)等表征手段,系统地研究了活性炭载体预处理前后的物理结构、化学组成和表面性质的变化,并考察了活性炭载体负载的钌催化剂的反应性能。结果表明,不同商业活性炭载体的纯度、孔结构(微孔和中孔)、表面形貌以及表面含氧基团(-COOH,-OH和-COOR)存在明显的区别。未处理过的商业活性炭经过高温氢气和硝酸预处理后,其物理与化学表面性质得到了改善,有利于提高催化剂活性组分的分散及催化活性。在475℃下耐热16 h后,钌催化剂仍能保持较高的催化活性。     

活性炭载体预处理对Ru/C氨合成催化剂活性的影响

将活性炭在惰性气体保护下进行高温热处理,随后在 O2/N2体积比为10%条件下进行氧化处理。采用元素分析、物理吸附和XRD方法,考察了不同处理后炭载体的化学组分、表面织构和物相变化。以不同预处理的活性炭为载体,制备了钡助催钌催化剂,在425 ℃,10.0MPa和10 000 h^－1条件下进行氨合成活性测试。结果表明,1 800 ℃热处理导致活性炭部分石墨化,能有效消除非炭成分,同时炭载体的比孔容下降了90%。随后的氧化处理能使炭载体比表面得到有效的恢复,以扩孔处理的炭为载体制备的钌催化剂能够使活性金属在载体中均匀分散,制备出高活性的氨合成钌催化剂。     

焙烧温度对Ru/Ba-Mg(Al)O4氨合成催化剂性能影响

采用超声-沉淀-强静电吸附法制备了化学性质比较稳定的掺钡纳米镁铝复合氧化物Ba-Mg(Al)O₄,并以其为载体、Ru₃(CO)₁₂为活性组分前驱体,制备了一系列钌基氨合成催化剂。通过场发射扫描电镜、X射线衍射和N2物理吸附等表征手段,重点考察了焙烧温度对载体的物相组成和表面织构的影响。结果表明,随着焙烧温度的升高,制备的载体比表面积逐渐下降,表面碱性增强。当载体焙烧温度为780 ℃时,制备的负载型Ru/Ba-Mg(Al)O₄催化剂表现出较高的催化活性,在425 ℃、10 MPa和10 000 h^-1条件下,出口氨浓度达到49.17 mmol·(g·h)^-1。     

影响Ru/MO_x氨合成催化剂活性关键因素

氨合成催化剂是多相催化领域中许多基础研究的起点,低温高活性的钌系催化剂为继熔铁催化剂之后的第二代氨合成催化剂。从影响氧化物负载的Ru基催化剂性能的关键因素出发,对氧化物载体的改性、助剂的作用并将其深入到反应条件下的化学状态等方面进行了分析和探讨,为新型高活性Ru基氨合成催化剂及其他多相催化剂的设计研发提供借鉴。     

添加表面活性剂对掺钡纳米氧化镁负载钌基氨合成催化剂性能的影响

以微波技术制各的掺钡纳米氧化镁为载体,以氯化钌为活性前驱体,通过在钌的浸渍液中添加不同种类及浓度的表面活性剂,制得了一系列的Ru/Ba-MgO催化剂,进而运用连续流动的高压装置、N2物理吸附、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线能量散射仪(XRD)、CO化学吸附对其进行了活性评价及表征.研究结果表明,在实验范围内,在浸渍过程中添加表面活性剂有利于Ru/Ba-MgO催化剂催化性能的提高,其中添加浓度为0.049%的OP-10制得的Ru/Ba-MgO催化剂活性最好,在10 MPa,10000 h-1和748 K的反应条件下,其氨合成反应速率可达50.87mmol-g-1-h-1.     

钌基氨合成催化剂的TPD/R研究

运用程序升温脱附／还原（TPD／R）技术，研究了不同材质制备的活性炭表面性质，并与其负载的钌基氨合成催化剂活性进行关联。同时，采用H2－TPD和N2－TPD手段考察了一系列钌基催化剂；研究了助剂对H2、N2吸附的影响。研究结果表明：活性炭表面性质随材质的不同有较大的差异，导致其负载钌基催化剂活性的不同，而助剂的加入也极大地影响了H2和N2的脱附性能，特别是助剂K使催化剂的低温H2吸附量显著提高，脱附温度从283℃降低到166℃，使N2的脱附量也明显增加，且脱附温度从420℃降到385℃。     

活性炭载体的超声处理对氨合成催化剂催化性能的影响

采用功率超声处理一种商用活性炭，研究了超声功率、超声频率以及超声时间等因素的影响规律。以超声处理的活性炭为载体，以钡、钾为助剂，制备了一系列钌基催化剂，在1万空速，10MPa和400℃的条件下，进行了氨合成活性评价。结果表明，采用功率超声处理活性炭载体与常规处理方法相比，其钌基氨合成催化剂催化活性大大提高。实验对超声的各影响因素进行了研究，找到较佳的超声条件。     

抑制碳负载钌基氨合成催化剂甲烷化的研究

The effects of promoters K, Ba, Sm on the resistance to carbon-methanation and catalytic activity of ruthenium supported on active carbon (Ru/AC) for ammonia synthesis have been studied by means of TG-DTG (thermalgravity-differential thermalgravity), temperature-programmed desorption, and activity test. Promoters Ba,K, and Sm increased the activity of Ru/AC catalysts for ammonia synthesis significantly. Much higher activity can be reached for Ru/AC catalyst with bi- or tri-promoters. Indeed, the triply promoted catalyst showed the highest activity, coupled to a surprisingly high resistance to methanation. The ability of resistance of promoter to methanation of Ru/AC catalyst is dependent on the adsorption intensity of hydrogen. The strong adsorption of hydrogen would enhance methanation and impact the adsorption of nitrogen, which results in the decrease of catalytic activity.     

助剂对钌基氨合成催化剂活性的作用研究

利用等体积浸渍法制备了活性炭负载钌基氨合成催化剂,考察了助剂Ba、K、Sm对催化活性的影响,探讨了其改善活性的调变规律。用TPD技术研究了氮在系列催化剂上的脱附行为。研究结果表明,助剂Ba、K、Sm的加入显著地提高了催化剂的活性,多助剂催化剂的活性明显优于单助剂催化剂。稀土金属氧化物Sm2O3除具有助催作用外,还有助于催化剂的热稳定性及钌的分散。在钌基氨合成催化反应中,N2 分子的活化离解是速控步骤。氮的脱附活化能愈低,催化活性愈高,其脱附活化能次序为Ru>Ru-Sm>Ru-K>Ru-Ba>Ru-Sm-K>Ru-Sm-Ba>Ru-Ba-K>Ru-Sm-Ba-K。     

钌基氨合成催化剂氢氮吸附性能的研究

The effects of promoters K, Ba, Sm on the chemisorption and desorption of hydrogen and nitrogen, dispersion of metallic Ru and catalytic activity of active carbon (AC) supported ruthenium catalyst for ammonia synthesis have been studied by means of pulse chromatography, temperature-programmed desorption, and activity test. Promoters K, Ba and Sm increased the activity of Ru/AC catalysts for ammonia synthesis significantly, and particularly, potassium exhibited the best promotion on the activity because of the strong electronic donation to metallic Ru. Much higher activity can be obtained for Ru/AC catalyst with binary or triple promoters. The activity of Ru/AC catalyst is dependent on the adsorption of hydrogen and nitrogen. The high activity of catalyst could be ascribed to strong dissociation of nitrogen on the catalyst surface. Strong adsorption of hydrogen would inhibit the adsorption of nitrogen, resulted in decrease of the catalytic activity. Ru/AC catalyst promoted by Sm2O3 shows the best dispers     

氨合成催化剂的探讨

介绍了几种氨合成催化剂的物理性能及工业使用条件,对其进行了比较,为合成氨厂选择催化剂提供了参考依据。     

Ru/MgO Sol-Gel Prepared Catalysts for Ammonia Synthesis

A new method of preparation of alkali-promoted Ru/MgO catalysts, based on a sol-gel procedure, starting from magnesium ethoxide, Ru₃(CO)₁₂ and a cesium compound has been designed. The gels were subjected to an activation/reduction procedure to substantially obtain Ru-CsOH/MgO. The activated catalysts were tested in ammonia synthesis at atmospheric pressure. It was clear that the sol-gel prepared Cs-promoted Ru/MgO catalysts are much more active, under the same reaction conditions, than the analogous catalysts prepared by impregnation procedures.     

浅析新型合成氨催化剂的还原

介绍了氨合成催化剂的创新和发展、A301型和ZA-5型Fe1-xO基氨合成催化剂的性能特点及新型低温低压高活性氨合成催化剂的选择原则。以A301型催化剂为例,详细讨论了新型氨合成催化剂的升温还原方法。     

Potassium-Promoted Carbon-Based Iron Catalyst for Ammonia Synthesis. Effect of Fe Dispersion

Potassium-promoted iron catalysts supported on thermally modified, partly graphitized carbon were studied in the ammonia synthesis reaction. Iron nitrate was used as a precursor of the active phase and KOH or KNO₃ were used as promoters. The kinetic studies of NH₃ synthesis were carried out in a differential reactor under 63 bar and 90 bar pressure. Hydrogen chemisorption, X-ray diffraction and transmission electron microscopy experiments were performed to determine the dispersion of iron in the specimens. All the K⁺–Fe/C catalysts proved to be sensitive to ammonia, the NH₃ partial pressure dependencies of their reaction rates being close to that of the commercial magnetite catalyst (KM I, H. Topsoe). The catalytic properties of the promoted Fe particles on carbon were shown to be dependent upon the iron dispersion, i.e. smaller particles exhibited higher turnover frequency in NH₃ synthesis. It is suggested that either small Fe crystallites expose more highly active sites, e.g. C-7 (B-5) or the promotion of small crystallites by the alkali is more efficient.