多级孔Fe-HBeta分子筛的合成及其催化性能探究

采用软模板法一步合成了一系列铁同晶取代的多级孔Beta分子筛(nFe-HBeta,n=Fe/Al),并通过等体积浸渍法制备出系列Ni基催化剂(10Ni/nFe-HBeta)。结果表明,系列nFe-HBeta均为结晶度高、孔道结构丰富的片状结构。异质铁原子的引入在降低介孔相有序度的同时,促使沸石颗粒粒径下降,中强酸性位点数量显著减少。对于10Ni/nFe-HBeta催化剂而言,骨架铁与NiO之间存在协同作用,可增强活性组分Ni与载体间的作用力,提高活性金属Ni的分散度,降低NiO颗粒粒径。在乙醇水蒸气重整催化反应中,铁元素的引入可规避酸性位以抑制乙醇脱水反应,同时加强CO和CH_4的水蒸气重整反应,有效提高H_2选择性。其中,10Ni/0.15Fe-HBeta催化剂在500℃时,H_2选择性高达72.15%,C_2H_5OH转化率为99.6%,反应12 h后的积炭量仅为4.3%。     

LaNiO3的焙烧温度对甲醇水蒸气重整制氢CuO/LaNiO3催化剂的影响

采用溶胶凝胶法合成了LaNiO_3钙钛矿型氧化物载体,再采用浸渍法制备了CuO/LaNiO_3催化剂,并通过XRF、XRD、BET、H_2-TPR和XPS等手段对催化剂进行了表征,考察了LaNiO_3钙钛矿的焙烧温度对CuO/LaNiO_3催化剂结构及其催化甲醇水蒸气重整制氢性能的影响。结果表明,载体焙烧温度主要影响了催化剂的表面晶格氧缺位,活性组分和载体间的相互作用。当载体焙烧温度为800℃时,催化剂表面氧空穴较多,活性组分与载体间相互作用较强,因此,催化甲醇水蒸气重整制氢活性较好。     

Ni-Cu/CeO2催化剂上乙醇水蒸气重整反应

 研究了Ni-Cu/CeO2催化剂在乙醇水蒸气重整反应中的催化性能. 以具有高比表面积的CeO2为载体,用沉积沉淀法制备了一系列不同担载量的Ni, Cu双组分催化剂,采用X射线衍射、程序升温还原和透射电子显微镜对催化剂的晶相组成、还原性能和形貌进行了表征. 结果表明, CuO, NiO和CeO2的相互作用明显改善了NiO的分散. 适量CuO的加入使NiO分散度增大,颗粒明显变小,从而使催化剂具有更好的催化性能,但过多CuO的加入反而降低了催化剂的活性. Ni和Cu的催化性能差异较大, Ni具有优异的断裂C-C键性能,在低温下即可实现乙醇的完全转化,而在高温区则具有很好的甲烷重整性能,可获得很高的氢气产率; Cu在低温区倾向于使乙醇脱氢生成乙醛以及进一步脱羰基生成丙酮,在高温区也具有一定的乙醇裂解性能.     

Cu/HZSM-5分子筛上乙醇芳构化的在线分析及其催化活性的评价

通过对Cu/HZSM-5分子筛上乙醇的无氧芳构化反应主要产物的在线定量分析,评价了催化剂组成、反应温度、气体空速对芳构化活性的影响。结果表明:Cu/HZSM-5分子筛具有良好的芳构化性能。当金属Cu含量为5%,催化温度为300℃,乙醇气体空速为167h-1时,催化剂具有最好的芳构化效果,乙醇的转化率为35.41%,苯的选择性达到了27.59%。对不同催化温度下反应产物中乙烯生成量的变化情况的研究,证实了乙烯是此催化反应过程的一种最初产物。     

焙烧温度对甲醇水蒸气重整制氢Ce/Cu/Zn-Al水滑石衍生催化剂的影响

采用原位合成法在γ-Al_2O_3载体表面上合成了Zn-Al水滑石,再采用顺序浸渍法制备了一系列Ce/Cu/Zn-Al催化剂,并采用XRD、BET、H_2-TPR和XPS等手段对催化剂进行了表征,考察了焙烧温度对Ce/Cu/Zn-Al催化剂表面结构及其催化甲醇水蒸气重整制氢性能的影响。结果表明,焙烧温度主要影响了催化剂的Cu比表面积、表面氧空穴含量和Cu-Ce间相互作用。当焙烧温度为500℃时,催化剂Cu的比表面积较大,表面氧空穴含量较多,Cu-Ce间相互作用较强,因此,催化甲醇水蒸气重整制氢活性较好。当焙烧温度升高到700℃时,Cu物种主要以稳定的CuAl_2O_4尖晶石形式存在,不利于甲醇水蒸气重整制氢反应的进行,因此,催化活性较差。     

Cu/ZrO2催化剂上乙醇水蒸气重整反应的研究Ⅰ催化剂性能及其制备参数的影响

研究了Cu/ZrO2催化剂在乙醇水蒸气重整反应中的催化性能。用常规沉淀法、醇凝胶法制备了ZrO2载体;用浸渍法或共沉淀法制备了Cu/ZrO2催化剂。考察了ZrO2载体的制备方法以及Cu/ZrO2的制备参数对催化剂性能的影响。采用BET、XRD、TEM及XRF等方法对催化剂的比表面积、孔容、晶相、表面形貌以及活性组分等进行了表征。同时,制备并比较了Ni/ZrO2、Cu/10MgO-90ZrO2和Cu/10CaO-90ZrO2催化剂的性能,考察了活性组分Cu、Ni的差异以及ZrO2载体的影响。在Cu/ZrO2催化剂(Cu的质量分数为8%)上,500 ℃~600 ℃乙醇转化率达到98%~100％、H2选择性为2.0~2.6（摩尔比）。 Cu/ZrO2与Ni/ZrO2机械混合有助于H2选择性的提高。在催化剂载体中添加MgO、CaO碱性物质可以使H2选择性提高1.3倍~2.0倍。浸渍法制备的Cu/ZrO2催化剂的性能优于共沉淀法。     

钙钛矿型氧化物负载Ni催化剂上甲烷二氧化碳重整反应研究

采用浸渍法制备了一系列MTiO_3(M=Mg、Ca、Sr、Ba)钙钛矿型氧化物负载的Ni催化剂(Ni的负载量为5%,质量分数),通过XRD、氮吸附、H_2-TPR、CO_2-TPD、XPS和TG等技术对催化剂进行了表征,对其甲烷二氧化碳重整反应的催化性能进行了研究。结果表明,M为不同碱土金属时,催化剂上金属载体相互作用、活性组分的表面原子浓度以及催化剂晶格氧的流动性都发生了变化。Ni/CaTiO_3催化剂上金属载体相互作用较强,还原出的活性组分Ni的含量较多,晶格氧流动性较高,因而具有较好的催化性能。SrTiO_3载体颗粒粒径较大,Ni/SrTiO_3催化剂上Ni的分散度不高,金属载体的相互作用较弱,表面Ni原子相对含量较低,晶格氧的流动性较差,其甲烷二氧化碳重整反应活性也最低。     

介孔Ni/MgO催化剂催化水蒸气重整生物质油制氢

采用水热法制备了介孔MgO作为催化剂的载体,并制备了介孔Ni/MgO催化剂。利用N_2吸附-脱附、XRD、H_2-TPR等对样品进行表征,并考察了介孔Ni/MgO催化水蒸气重整糠醛、生物质油模型物和两种商用生物质油制氢的活性。结果表明,在介孔Ni/MgO催化剂催化水蒸气重整糠醛制氢反应中,随着反应温度的提高,水蒸气重整糠醛中糠醛的转化率、氢气的产率和氢气的选择性,都呈现递增的趋势。在反应温度提高到600℃时,糠醛的转化率和氢气的产率分别达到94.9%和83.2%。Ni/MgO催化水蒸气重整二组分模拟生物质油,糠醛/乙酸、糠醛/羟基丙酮制氢的反应中,氢气的产率分别达到87.3%和86.8%,均高于水蒸气重整糠醛反应中氢气的产率。由此表明,乙酸或羟基丙酮的存在,提高了模拟生物质油中主要有机物组分糠醛的转化率,并相应地提高了氢气的产率。在水蒸气重整商用生物质油制氢反应中,随着反应物水碳比(S/C(molar ratio)=5、10、15、20、25)的提高,主要有机物的转化率、氢气的产率和选择性呈现出增加的趋势。在水碳比为20时,两种生物质油的主要有机物组分(糠醛、乙酸和羟基丙酮)的转化率均可达90%以上,氢气的产率也达到81.0%以上。由此可知,Ni催化剂对于水蒸气重整商用生物质油也具有较高的催化活性。     

镍基催化剂上乙醇水蒸气重整反应的研究

考察了载体对Ni催化剂乙醇水蒸气重整制氢反应性能的影响。结果表明，Ni/CeO2催化剂具有较好的低温活性和氢气选择性。对Ni担载量和焙烧温度考察发现，400℃焙烧的15%NiCeO2催化剂具有较好的催化性能；继续升高焙烧温度引起NiO和CeO2粒子的显著增大,导致对氢气选择性的降低。较小的Ni和CeO2粒子有利于乙醇水汽重整反应的进行，而大的粒子倾向于乙醇的分解反应。 350℃时,在反应过程中分别添加CO、CO2和CH4的结果表明没有发生CO和CO2甲烷化反应,而发生了一定程度的CH4水汽重整反应。     

Ni/MgO-CeO2催化低温乙醇水蒸气重整制氢

采用固相燃烧法制备了MgO,CeO2载体和不同摩尔比的Mgo-CeO2复合载体,采用浸渍法制备了Ni/MgO,Ni/CeO2,Ni/Mgo-CeO2系列催化剂,考察了各催化剂催化乙醇水蒸气重整反应的性能.用BET技术测定了载体的比表面,并用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)和热重(TG)技术对催化剂进行表征.结果表明,在Ni/CeO2和Ni/Mgo-CeO2上,Ni以高分散的NiO、体相NiO和与载体发生相互作用的NiO的形式存在,显示了良好的低温乙醇水蒸气重整性能;其中Mg,Ce摩尔比为1:1时,Ni/MgO-CeO2催化剂显示了良好的活性和选择性,并且具有很好的稳定性和抗积炭能力.     

Ethanol reforming processes over ZnO-supported palladium catalysts: Effect of alloy formation

ZnO- and SiO₂-supported palladium catalysts were evaluated in the ethanol steam-reforming and oxidative ethanol steam-reforming reactions in the temperature range 548–723 K. The catalysts were characterized before and after reaction by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, high-resolution transmission electron microscopy and infrared spectroscopy using CO as a probe molecule. On silica-supported Pd catalyst, ethanol decomposes into H₂, CO and CH₄ in both steam-reforming and oxidative steam-reforming reactions. In contrast, ZnO-supported catalysts containing the PdZn phase exhibit a better catalytic performance for hydrogen production through dehydrogenation of ethanol into acetaldehyde and ulterior reforming.     

Ni-Fe/蒙脱土催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢的研究

采用浸渍法制备了一系列Ni-Fe/蒙脱土(MMT)催化剂,并应用于乙醇水蒸气重整制氢反应(ESR)。采用X射线衍射(XRD)、N_2吸附脱附分析和H_2-程序升温还原(H_2-TPR)表征手段对催化剂的物理化学性质、还原性能、碳沉积等进行了研究。结果表明,Ni-Fe/MMT催化剂中,Ni、Fe高度分散在载体MMT层间及表面,而且Fe的加入降低了Ni颗粒的粒径,增强了Ni~(2+)与载体的相互作用力。以10Ni5Fe/MMT为催化剂,在反应温度为500℃、水醇比为3∶1、空速为12 h~(-1),反应进行30 h后,乙醇转化率为100%,氢气选择性仍保持72%,副产物CO和CH_4含量明显降低。这是因为催化助剂Fe的引入,一方面,提高了Ni的分散度,使得ESR低温活性较好;另一方面,减小了Ni颗粒粒径,小颗粒的Ni有利于抑制甲烷的生成,并且Fe的加入加强了甲烷重整和水煤气变换反应,提高产物中氢气的选择性。     

负载Ni催化剂上低温甘油蒸汽重整制氢

采用等体积浸渍法制备了Al₂O₃、CeO₂、TiO₂及MgO负载Ni催化剂,考察了它们对甘油蒸汽重整制氢反应的催化性能。采用X射线衍射、N₂吸附、透射电镜及H₂程序升温还原等方法对催化剂进行了表征。结果表明,载体对Ni催化剂的活性有显著影响。在400 ℃下Ni/CeO₂的催化活性明显好于其他催化剂,活性次序为Ni/CeO₂> Ni/Al₂O₃ > Ni/TiO₂ ~ Ni/MgO。Ni/CeO₂也具有好的稳定性,反应20 h未见活性下降,甘油转化率70%,氢气收率69.2%。这与CeO₂的本性及其与活性组分的相互作用有关。Al₂O₃具有较大的比表面积与孔体积,有利于CO吸附及甲烷化反应的进行,使得Ni/Al₂O₃催化剂在较高温度下具有很高的甘油转化率85.7%,但H₂选择性较差。由于MgO载体与活性组分强的相互作用而生成NiMgO₂固溶体,导致Ni/MgO低温活性差。     

花状微球NiO/CeO_2催化剂上乙醇水蒸气重整制氢研究

用水热法制备微米尺寸CeO2花状微球粉体,并通过浸渍/热分解法在该粉体上担载纳米尺寸的NiO颗粒,制得催化剂NiO/CeO2。对催化剂进行了XRD、SEM、XES和BET物性表征。经固定床反应器对催化剂的催化性能进行测试。装载1.0 g催化剂,液体处理量0.05 mL/min。结果表明,该方法合成的催化剂NiO/CeO2对低温乙醇水蒸气重整反应表现出较高的活性和稳定性。同时通过微量Cr、Zn、Cu的加入在低温区抑制了CO、CH4的生成,提高了H2的产率和催化剂的抗积炭能力。该催化剂连续稳定性测试达到2 000 h;进行反复起动稳定性测试12次后,未表现出失活特征。     

助剂MgO、CaO对甲烷水蒸气重整Ni/γ-Al2O3催化性能的影响

采用固定床装置,考察了以共浸方式引入的助剂MgO、CaO对Ni/γ-Al₂O₃催化剂在甲烷水蒸气催化重整中的催化反应性能的影响。结果表明,在H₂O/CH₄/N₂的摩尔比为2.86/1/3.28,GHSV为1800h^－1,反应温度为700℃下,催化剂Ni-CaO/Al₂O₃催化性能最好;反应初期甲烷转化率可达到96.95%、CO选择性可达68.93%、H₂收率可达73.58%。XRD和H₂-TPR结果表明,CaO的存在使催化剂中的活性NiO组分增多,还原性和分散性能较好。利用热分析技术对积炭进行考察发现反应10h后的Ni-CaO/Al₂O₃催化剂上并未出现导致催化剂失活的炭物种。     

基于改性Ni/γ-Al_2O_3催化剂的电催化甲烷水蒸气重整的研究

提出了电催化作用下甲烷水蒸气催化重整的新工艺。基于工业常规Ni基催化剂,采用等体积浸渍法,以Ni为活性组分,γ-Al_2O_3为载体,MgO、CaO为助剂,制备了Ni/γ-Al_2O_3、Ni-MgO/γ-Al_2O_3和Ni-CaO/γ-Al_2O_3催化剂,考察了电流强度、重整温度、水蒸气与甲烷的物质的量比(水碳比,S/C)对不同催化剂的CH_4转化率、H_2产率、CO选择性和催化剂稳定性的影响。结果表明,电催化工艺有着良好的普适性,电流的引入能够提升CH_4转化率、增加H_2产率,尤其在低温下电流的促进作用显著。在三种催化剂中,Ni-CaO/γ-Al_2O_3催化效果最佳,在电流为4.5 A、S/C为3、重整温度为700℃时,CH_4转化率就高达95%以上。稳定性测试表明,电流的通入还能显著提高催化剂的稳定性,延缓催化剂的积炭失活。通过对催化剂的分析表征,发现电流的通入提升了催化剂中NiO的还原程度,同时抑制了反应过程中NiC_x向石墨炭的转化,从而可延缓催化剂因积炭覆盖反应活性位点而造成的失活。     

焙烧温度对Ni-Mg基蜂窝状催化剂生物燃气重整调变性能的影响

采用浸渍法制备了Ni、Mg双金属负载在堇青石表面形成的蜂窝状催化剂,研究了焙烧温度对催化剂结构和生物质粗燃气重整反应性能的影响.结果表明,在不同焙烧温度下主要有NiO和NiMgO₂固溶体物相生成.相比于其他焙烧温度,催化剂在650 ℃焙烧温度下更有利于镍活性金属位的分散和活性位数量的增加.在干重整反应条件下,CH₄、CO₂的转化率以及H₂、CO产率随焙烧温度的升高呈现先增加后降低的变化趋势,在650 ℃焙烧温度下达到最高.在水蒸气重整反应条件下主要发生烃类产物与H₂O和CO₂的重整反应以及水煤气变换反应,焙烧温度的升高有利于水煤气反应的进行.此外,焙烧温度对于干重整反应条件下的H₂/CO体积比调节影响较小,而对于水蒸气重整反应条件下的H₂/CO体积比可进行选择性调节.     

F-T组分改性KCuZrO2催化剂上CO加氢合成异丁醇的性能研究

采用共沉淀法分别制备了不同F-T组分(Fe、Co、Ni)改性的KCuZrO_2催化剂,并用于催化CO加氢合成异丁醇。通过BET、XRD、TEM、XPS、H_2-TPR、CO-TPD以及in-situ DRIFTS对催化剂进行了表征。结果显示,F-T组分的加入促进了乙醇和丙醇的形成,但是对异丁醇选择性影响不同。结果表明,Fe促进了催化剂中各组分的分散,活性组分Cu在催化剂表面发生了富集,提高了H_2/CO活化吸附;另外,KFeCuZrO_2的催化剂表面含有较多的C1物种,有利于乙醇和丙醇进一步发生β-加成反应得到异丁醇,而Co和Ni改性的催化剂上缺少足够的C1物种,因此,异丁醇的选择性并未明显增加。Co的引入对催化剂结构以及Cu的分散影响不大,但是Co改性后催化剂性能有所下降,其原因是催化剂发生了失活; Ni添加后催化剂比表面积有所减小,且催化剂表面Cu/Zr物质的量比也降低到0. 19,催化剂粒径增大,Cu-Zr之间相互作用减弱,异丁醇选择性降低。     

B改性CuZnAlOx催化剂对甲醇水蒸气重整制氢性能的研究

采用共沉淀法制备CuZnAlO_x（CZA）催化剂,通过浸渍法得到一系列不同硼（B）负载量的yB/CZA（y=0.28%、0.38%、0.73%、0.89%和4.10%,质量分数）催化剂,并将其用于甲醇水蒸气重整制氢反应。此外,为探究催化剂的构效关系,采用ICP、BET、SEM、N₂O化学吸附、TEM、XRD、H₂-TPR和XPS等手段对催化剂进行表征。结果表明,B引入主要影响催化剂的Cu分散性、还原性及Cu-B间相互作用,进而影响甲醇水蒸气重整制氢性能。其中,0.38B/CZA催化剂获得最高催化活性,这与其具有较高的Cu分散性与较强的Cu-B相互作用力有关;在反应温度为250℃,n（H₂O）：n（CH₃OH）=3,空速为9000 mL/（g·h）时,CH₃OH转化率达到93%,CO选择性仅有0.3%,且反应102 h后仍未失活。