CO氢化合成乙醇反应的过渡应答研究——Ⅱ. 改性Rh/Al2O3催化剂上的反应动力学研究

本文用过渡应答技术研究CO在改性Rh/Al_2O_3催化剂上常压氢化合成乙醇的表面反应机理。结果表明: 1. 在Rh/Al_2O_3催化剂中添加K元素能显著地增加合成乙醇反应的活性和选择性; 2. 乙醇的生成取决于表面上相邻两个含氧中间体的密度而与气相中的H_2或CO浓度无关。反应倾向于ANDERSON的缩聚机理。在此反应机理的基础上, 由应答曲线的数据, 根据MARQUARDT非线性优化技术以及RUNG-KUTTA-GILL数值积分法计算了所有基元步骤的反应速率常数。     

CO在Pd/Al2O3壳型催化剂上的吸脱附和表面氧化反应

在高真空系统中采用化学吸附,T2D和T2SR技术研究了CO在Pd/Al_2O_3壳型催化剂上的吸脱附行为和表面氧化反应。结果表明在室温下CO不仅吸附在Pd原子上,还可以吸附在Al_2O_3上,其中一部分是易于脱附的弱吸附,在室温～450℃之间出现相当于三种吸附型式的程脱峰。低温和中温程脱峰中以CO为主,CO_2占少量。高温程脱峰中CO_2显著增多。当先吸附氧,后吸附CO时,则发生剧烈的表面氧化反应。还发现CO在PdO/Al_2O_3上的化学吸附键合能力比在Pt/Al_2O_3上弱。Pd在Al_2O_3上的壳层厚度太薄,晶粒增大至一定程度时,CO化学吸附中心数目明显减少。 根据实验结果讨论了CO在Pd/Al_2O_3壳型催化剂上的表面氧化反应机理,Pd价态和晶粒大小与CO吸脱附行为之间的联系。     

RhCo双金属催化剂的研究 Ⅲ.Rh+Co/A1_2O_3上表面羰基氢化物及其动态行为

利用连续流动微反研究了Rh+Co/Al_2O_3催化剂的CO加氢反应.结果表明反应在220℃以上发生.反应活性随温度的升高和H_2/CO值的增加而增加.利用TP-IR动态方法研究了Rh+Co/Al_2_3上CO和H_2共吸附及其动态行为.结果表明在Rh+Co/Al_2O_3的孪生及线式中心上,CO和H_2室温共吸附时即有部分孪生及线式CO转化为相应的羰基氢化物.随温度的升高,剩余的孪生和线式CO继续向相应的羰基氢化物转化.而羰基氢化物则向多氢羰基氢化物转化.在到达反应温度之前,催化剂表面只存在羰基氢化物及相应的多氢羰基氢化物.在反应温度则导致产物CH_4生成.与CO加氢反应和CO歧化的吸附态研究结果相关联,作者认为在Rh+Co/Al_2O3上CO加氢生成CH_4是经由羰基氢化物-多氢羰基氢化物途径.     

用程序升温催化反应等技术研究Pd、Pt组分及CO对Pd(Pt)/Al_2O_3催化剂氢氧反应活性的影响

采用程序升温催化反应技术、程序升温吸脱附技术、原位红外光谱技术研究了Pd、Pt组分及CO对Pd(Pt)/Al_2O_3催化剂氢氧反应活性的影响.结果表明,原料气中无CO存在时,单铂催化剂对氢氧反应的活性高于Pd-Pt双金属催化剂,有CO存在时,Pd-Pt催化剂反而优于单铂催化剂;CO使Pd-(Pt)/Al_2O_3催化剂活性降低的主原因是由于CO与H_2之间的竞争吸附,CO占据了H_2吸附的部分活性位,以及催化剂表面上被吸附的CO与O_2和被吸附的H_2与O_2之间的竞争反应所致;当氧含量低于化学计量时,CO歧化反应所导致的积炭在单铂催化剂表面上比在Pd-Pt催化剂上严重.     

Rh/Al_2O_3-Cr_2O_3整体式催化剂的制备和二氯甲烷催化氧化性能

以粉末Al_2O_3为载体,通过浸渍Rh(NO_3)_3制备Rh/Al_2O_3催化剂;再以Rh/Al_2O_3、粉末Cr_2O_3和铝胶经过研磨混合制得催化剂活性浆料;将催化剂活性浆料涂覆到堇青石蜂窝陶瓷载体表面,经烘干,焙烧制得不同Rh含量的Rh/Al_2O_3-Cr_2O_3系列整体式催化剂.研究了该类催化剂的二氯甲烷催化氧化性能,发现Rh负载量为0.4 g/L的Rh/Al_2O_3-Cr_2O_3催化剂活性最佳,且未生成含氯中间产物.结合催化剂的表征结果发现,Rh的添加可增加催化剂的表面酸性和氧化还原性能,二者的协同作用提高了催化剂活性;而Cr_2O_3的存在有利于CH_3Cl中间体的进一步氧化,从而提高了催化剂的选择性.     

阶跃过渡应答技术研究Mo-V/Al_2O_3催化剂上乙烷氧化脱氢制乙烯反应的暂态动力学 Ⅰ.C_2H_6,O_2,C_2H_4和CO_2在催化剂上的吸附行为

用阶跃过渡应答技术研究了乙烷氧化脱氢反应的反应物C_2H_6,O_2,产物C_2H_4和主要副产物CO_2在MoO_3-V_2O_5/Al_2O_3催化剂上的吸附行为。结果表明:C_2H_6和C_2H_4在该催化剂上不吸附;氧为慢吸附、不可逆吸附;CO_2为可逆吸附,吸附量较小。并发现在无氧的条件下,乙烷能与催化剂表面上的晶格氧反应生成乙烯。这些结果对乙烷氧化脱氢反应机理的探讨有重要意义。     

CO氢化催化剂表面活性位的动态法研究

用程序升温表面反应(TPSR)和程序升温还原(TPR)以及过渡应答(TR)等动态手段研究Ni/Al_2O_3催化剂表面上CO氢化反应的活性位状况。结果表明, 催化剂表面存在两种类型的活性位。其中A位来自表面上的聚晶体Ni, B位来自Ni与载体Al_2O_3强相互作用形成的Ni-Al化合物。实验结果还表明, CO在两个活性位都有吸附, 但在有H_2参与的条件下, 会影响二个活性位上的CO吸附量。     

RhCo双金属催化剂的研究 Ⅳ.Rh_2Co_2/Al_2O_3上的吸附中心类型及吸附性能

利用CO和NO作为双探针分子对Rh_2Co_2/Al_2O_3的吸附中心类型和吸附性能进行了详细的研究.结果表明Rh_2Co_2/Al_2O_3上存在Rh上的孪生和桥式CO吸附中心以及Co上的线式CO吸附中心.其中Rh上的孪生和桥式CO吸附中心对CO和NO的吸附性能与Rh_4/Al_2O_3上的孪生和桥式CO中心相似.Co上的线式CO吸附中心以预吸附的CO能被NO取代,预吸附的NO不能被CO取代而区别于Rh_4/Al_2O_3上的Rh的线式CO吸附中心;又以既能吸附CO又能吸附NO而不同于Co_2/Al_2O_3和Rh+Co/Al_2O_3上的Co中心.与母体簇的结构相关联,表明H_2还原后的Rh_2Co_2/Al_2O_3上Rh_2Co_2(CO)_(12)簇结构仍保持,且Rh—Co相互作用强.     

Rh_2O_3/介孔MO_x-Al_2O_3(M=Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Ba)催化剂:合成、表征和催化应用（英文）

近年来,研究者们开发了自组装合成介孔氧化铝的方法,并以介孔氧化铝为载体负载金属氧化物,还尝试合成介孔MO_x-Al_2O_3复合氧化物.但以介孔MO_x-Al_2O_3复合氧化物为载体负载金属氧化物,并将这类材料用于催化中的例子相对较少.本工作以非离子型三嵌段共聚物(P123)为模板剂,异丙醇铝为氧化铝前驱物,采用一锅法快速制备了有序介孔Al_2O_3(MA)及一系列MO_x-Al_2O_3(M=Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Ba)材料,并以这些材料为载体采用浸渍法制备了Rh/MA和Rh/M-MA催化剂.采用N_2吸附-脱附、X射线粉末衍射、透射电镜、X射线光电子能谱及电感偶合等离子体发射光谱等对催化剂结构和性质进行了表征,考察了催化剂对CO氧化和N_2O分解的催化活性和稳定性.结果表明,一锅法制备的各催化剂均有大的比表面积、大的孔容和均一的孔径.Rh/Mn-MA和Rh/Fe-MA中掺杂金属氧化物分别为MnO_2和Fe_2O_3,在Rh/Co-MA和Rh/Ni-MA上,Co和Ni分别与介孔氧化铝形成了NiAl_2O_4尖晶石结构;Rh/Cu-MA上还有CuO和少量Cu~+;对于Rh/Ba-MA催化剂,其载体的介孔有序性被破坏并有BaCO_3生成.在所有催化剂上,负载的Rh_2O_3颗粒高度分散,其颗粒尺寸分布在1 nm左右.对于CO氧化,催化剂的T_(50)(CO转化率到达到50%的温度)活性顺序为:Rh/Mn-MA(122℃)Rh/Fe-MA(130℃)≈Rh/Cu-MA(131℃)Rh/Co-MA(136℃)Rh/Ni-MA(156℃)Rh/MA(161℃)Rh/Ba-MA(171℃).大多数载体在200℃以下没有活性.对于N_2O分解,催化剂的T_(50)(N_2O转化率到达到50%的温度)活性顺序为:Rh/Co-MA(283℃)Rh/Ni-MA(287℃)≈Rh/Fe-MA(290℃)≈Rh/Ba-MA(292℃)Rh/MA(301℃)Rh/Cu-MA(314℃)Rh/Mn-MA(321℃).这些载体在400℃以下都没有活性.实验证明,通过掺杂的方法可以调变介孔Al_2O_3的物理化学性质,负载Rh_2O_3后,催化性能进一步被调变,虽然本文仅选取CO氧化和N_2O分解作为探针反应来比较这一类介孔氧化物材料的催化活性,考虑到Rh_2O_3和Al_2O_3在催化中的广泛使用,我们认为这些催化剂有可能用在其他反应中.     

铑基催化剂上CO+H2合成乙醇的原位漫反射红外光谱研究

采用原位漫反射红外光谱法研究高温高压下CO H2在Rh-Mn-Li/SiO2催化剂上合成乙醇的反应中间体和反应机理,结果显示:2 922 cm-1,2855 cm-1两峰主要是由乙醇合成前体卡宾H2C=M的振动造成的;250℃,3.4 MPa时卡宾能在催化剂表面快速大量形成,反应后吹扫实验显示卡宾在催化剂表面的吸附并不相同,部分吸附较弱易脱附;部分吸附较强,在催化剂表面以相当稳定的形态存在,难以脱附;因此可能存在部分惰性卡宾,其不参与反应却占据了催化剂的部分表面,降低了催化剂的反应活性.250℃时,压力从0.5 MPa升高到3.0 MPa时,产物中CO2和CH4的含量降低,而乙醇的含量增加;反映出压力是影响反应产物分布的重要因素,压力提高能增大乙醇在产物中含量;同时也揭示出在该催化剂上CO2、CH4的生成路径与乙醇的生成路径存在着竞争性,压力是影响反应路径选择的重要因素.实验结果还表明卡宾的形成不是合成乙醇的速控步骤,而乙酰基能否大量形成则决定着乙醇产生的快慢.经过红外光谱分析后认为"CO缔合-卡宾-乙烯酮-乙酰基-乙醇"应是Rh基催化剂上合成乙醇较为合理的机理.     

CO氢化合成乙醇反应的过渡应答研究——改性Rh/Al2O3催化剂的吸附特性

本文以四极质谱作为过渡应答测量中的分析手段, 连续快速跟踪和分析被测物种, 测量了H_2和CO在改性Rh/Al_2O_3催化剂上的吸附和脱附性能。结果发现, 507 K时H_2或CO的吸附中存在着部份不可逆吸附。CO和H_2吸附在相同的活性位上, 存在竞争吸附。CO的吸附作用略强於H_2。钾元素的改性使催化剂对H_2或CO的吸附量均减少, 然而相对于H_2而言, CO的吸附作用更强了。     

CO氢化合成乙醇反应的过渡应答研究——改性Rh/Al_2O_3催化剂的吸附特性

本文以四极质谱作为过渡应答测量中的分析手段,连续快速跟踪和分析被测物种,测量了H_2和CO在改性Rh/Al_2O_3催化剂上的吸附和脱附性能。结果发现,507K时H_2或CO的吸附中存在着部份不可逆吸附。CO和H_2吸附在相同的活性位上,且存在竞争吸附。CO的吸附作用略强於H_2。钾元素的改性使催化剂对H_2或CO的吸附量均减少,然而相对于H_2而言,CO的吸附作用更强了。     

Rh/SiO_2和Rh/NaY催化剂上合成气反应的高压原位红外光谱研究

采用高压原位FT -IR技术 ,对比研究了CO加H2 反应条件下Rh/SiO2 和Rh/NaY催化剂表面反应中间物种 .在Rh/SiO2 表面上 ,无论在常压还是在 1.0MPa合成气中 ,只观察到线式和桥式吸附CO .而在常压合成气中 ,Rh/NaY上不仅存在上述CO吸附物种 ,而且还有孪生型的Rh(I) (CO) 2 和少量Rh6 (CO) 16 ;当合成气压力升至 1.0MPa后 ,Rh(I) (CO) 2 迅速转化成Rh6 (CO) 16 和在 2 0 42cm-1产生吸收的单核羰基Rh物种 ,与此同时催化剂表面还生成了单齿和双齿乙酸根物种 ;这些在高压下生成的物种在合成气压力重新降回到常压时依然稳定存在 .研究Rh/NaY上合成气反应表面物种与H2 的反应行为表明单齿乙酸根很可能是反应的活性中间物 .这些结果说明Rh/NaY催化剂在高压合成气中的重构是诱发选择生成乙酸反应的基础     

RhCo双金属催化剂的研究 Ⅰ.RhCo双金属催化剂的金属-金属及金属-载体相互作用

利用XPS对以金属盐共浸渍制备的PH+CO/AL_2O_3和RH_2Co_2(CO)_12为前体制备的Rh_2Co_2/Al_2O_3催化剂的金属-金属及金属-载体相互作用进行了详细的研究.发现Rh+Co/Al_2O_3经400℃ H_2还原后RH的结合能与Rh~0的结合能接近,Co基本上以CoAL_2O_4状态存在,Co_0的谱峰很弱;而Rh_2Co_2/Al_2O_3经400℃H_2还原后Rh的结合能与Rh~0接近,Co除以CoAl_2O_4状态存在外,还有相当一部分以Co~0状态存在.上述结果揭示出两个样品的RH-Al_2O_3的相互作用弱,Co-Al_2O_3的相互作用强.Rh+Co/Al_2O_3上Rh-Co相互作用弱,而Rh_2Co_2/Al_2O_3在H_2还原后仍保持RhCo簇合物的强的Rh-Co相互作用,导致显著量的Co~0存在.     

Ni-K/Al_2O_3系催化剂上甲醇分解的红外光谱研究

用红外光谱技术研究了室温至300℃时甲醇在Ni-K/Al_2O_3系催化剂上分解形成的吸附态。在Ni/Al_2O_3上形成了物理吸附甲醇、表面甲氧基、吸附一氧化碳和表面甲酸盐。除此以外,在Ni-K/Al_2O_3上还形成了一个稳定的一氧化碳吸附构型及表面碳酸氢盐和=配位碳酸盐。各种表面生成物的稳定性和生成量与催化剂中1K含量及温度之间的关系密切。另外,讨论了甲醇分解时在Ni-K/Al_2O_3系催化剂表面上发生的反应,确认甲醇分解的中间反应产物是表面甲氧基。     

CO在担载Ru催化剂上的吸脱附作用及其表面加氢反应

研究了担载于Al_2O_3和ZrO_2上的以Ru_3(CO)_(12)为前体的[Ru]和以RuCl_3为前体的Ru催化剂的TPR特性、CO吸脱附行为及其表面加H_2反应。担载于Al_2O_3上的[Ru]和Ru催化剂上部分物相较担载于ZrO_2上者难于还原。CO在氧化[Ru]催化剂上主要以Ru(CO)yO_2表面络合物形式存在,在还原[Ru]和Ru、以及氧化Ru催化剂上CO以吸附物种形式存在。在Ru离子上的CO比在Ru原子上者难于脱附。以ZrO_2为载体的[Ru]和Ru催化剂上的CO加H_2生成CH_4的性能显著优于以Al_2O_3为载体者,担载[Ru]催化剂上的CO加H_2性能略优于担载Ru催化剂。     

金属-载体相互作用对CH4/CO2重整反应中Rh基催化剂抗积炭性能的影响

考察了Rh/Al2O3,Rh/SiO2和Rh/CeO2催化剂上金属-载体间相互作用对CH4/CO2重整反应抗积炭性能的影响,并与反应前后催化剂的程序升温还原和程序升温氧化(TPO)测试结果相关联.实验发现,Rh与Al2O3和SiO2载体间的相互作用越强,催化剂还原后Rh的分散度越高,晶粒越小,高分散的Rh表面生成的碳物种CHx越多,其作为活泼的反应中间体越易与CO2反应生成CO和H2.而游离态的Rh还原后晶粒较大,生成的碳物种与CO2反应能力较低,从而导致催化剂失活.TPO和CO2脉冲实验结果表明,反应过程中Rh/CeO2催化剂上反应生成的CHx物种比Rh/Al2O3和Rh/SiO2上的CHx物种更活泼.同时由于Rh-CeO2间独特的相互作用,部分CeO2还原后生成CeO2-x和氧空位,促进CO2分子的活化解离,导致生成的表面氧容易与CHx反应,从而抑制催化剂积炭.     

负载型钼系超细催化剂的合成,结构与反应性能研究

负载型钼系催化剂广泛用于加氢脱硫、抗硫甲烷化及部分氧化等,其加氢脱硫活性与低温氧的表面吸附量成正比,活性组分受载体性质的影响。超细粒子是近年来兴起的新型催化材料,由于其表面及体积效应,导致其特殊的表面吸附性能。以超临界法合成NiO/Al_2O_3、Fe_2O_3/SiO_2等超细催化剂已有报道,但该法对MoO_3/Al_2O_3的合成尚未见报道。本文以MoO_3/Al_2O_3超临界法合成超细粒子催化剂,根据超细催化剂分散性与粒径的关系选择了活性与钼表面分散性有依赖关系的临氢重整反应为探针,研究了超细MoO_3/Al_2O_3催化剂的性质。     

CO加氢合成C2含氧化合物Rh-Sm-V-Li/SiO2催化剂的研究

使用加压下的CO加氢反应和程序升温还原(TPR),吸附氢的程序升温脱附(H2-TPD),以及H2和CO吸附等技术,研究了Rh-Sm-V-Li/SiO2催化剂上Sm,V和Li促进剂对合成二碳含氧化合物的促进效应.结果表明,Sm和V加入到Rh/SiO2中使催化剂的活性和生成二碳含氧化合物的选择性显著提高,催化剂上的Sm3+不易被还原,Sm的加入起着提高Rh分散度的作用,使催化剂上H2和CO吸附量提高,并促进乙酸和乙醛的生成;催化剂上的高价钒离子容易还原成低价钒离子,并迁移覆盖金属Rh的表面,使催化剂上H2和CO吸附量降低.低价钒具有良好的贮氢能力,使催化剂的加氢能力显著提高,促进乙醇的生成.     

Pd/Al2O3催化剂制备因素的研究

Pd/Al_2O_3催化剂的制备通常包括浸渍、烘干、焙烧和还原等步骤。当改变pH值时,H_2PdCl_4溶液以及H_2PdCl_4-Al_2O_3样品的紫外吸收光谱发生变化。可能是H_2PdCl_4在Al_2O_3表面发生配位吸附。用光学显微镜、俄歇光谱、H_2-O_2滴定技术考察了H_2PdCl_4浸渍液的pH值变化时所制得的Pd/Al_2O_3催化剂表面性质发生的变化。TPSR的结果表明,钯的晶粒大小在34—75埃之间时,对CO的表面氧化反应影响不大。从俄歇线扫描发现壳型Pd/Al_2O_3催化剂在焙烧过程中金属钯向表层迁移。