合成甲醇新型合金催化剂的组成与结构特征

本文采用化学分析、BET比表面和孔分布测量、X射线衍射及电子探针技术研究了一氧化碳加氢合成甲醇新型铜锌铝合金催化剂的组成和结构特征。实验结果表明,催化剂比表面较低,但活性表面积比例高,孔分布范围在25—300(?),最可几孔径为90—110(?)。对合成甲醇活性较高的催化剂颗粒进行电子探针元素面扫描,发现其表面元素组成与工业上广泛使用的ICI催化剂基本相同。对与氧化亚氮接触后的催化剂进行X射线衍射测量,发现有明显的氧化亚铜相,由此可以认为,在合金催化剂上零价铜是活性的,而且一价铜也具有相对的稳定性。     

铜锌催化剂上吸附动力学参数的非线性动态分析

本文得到了适应于一氧化碳加氢加压体系非线性动态分析不同吸附物种动力学参数的模型，并优化出工业铜锌催化剂上合成甲醇反应中可逆吸附氢和可逆吸附一氧化碳的吸附速率常数及吸附平衡常数。结果表明：铜锌催化剂上吸附可逆氢比吸附一氧化碳快７倍左右。由于铜锌催化剂上甲醇的生成是可逆吸附氢与可逆吸附一氧化碳共同作用的结果，且铜锌催化剂 可逆吸一氧化碳的表面浓度随气相一氧化碳分压的增加而增加，因而加压将有利于合成甲醇     

铜基合成甲醇催化剂的研究——Ⅰ.铜锌铝系催化剂中活性组份的研究

以CO-CO_2-H_2为合成气,在低温、低压下,测定了氧化铜,氧化锌、氧化铝及其组合样品的合成甲醇催化活性及热稳定性,并列出了它们的大小顺序。观察到氧化铜和氧化锌在合成甲醇反应中,对CO、CO_2转化显示不同的催化性能。铜、锌用适当方法制备,可显著改善其合成甲醇的催化性能,催化剂的活性和热稳定性的变化倾向一致。将催化剂的催化活性与山X-射线衍射、ESCA、俄歇电子能谱和BET等方法所获得的物化参数进行了关联。讨论了铜锌铝系催化剂用于合成甲醇的催化活性部位。认为有若干类型的活性部位分别存在于铜,氧化锌,相互邻近的铜和氧化锌、以及铜-氧化锌固溶体上。提出了铜锌铝系催化剂中,优良活性单元可能是由溶于氧化锌品格中的铜与其邻近的锌、氧离子以及氧缺位所构成的结构模型。     

氧化铈气凝胶担载氧化铜催化剂的TPR研究

 采用程序升温还原研究了氧化铈气凝胶担载氧化铜催化剂的还原行为,并与其对一氧化碳氧化反应的催化活性进行了关联．发现此类催化剂中存在两种类型的氧化铜,即体相氧化铜和分散于载体表面的氧化铜,且后者中的部分氧化铜还原后易被氧化．随着此易被氧化的铜含量的增加,催化剂对一氧化碳氧化反应的催化活性升高,表明此种类型的铜为催化剂的活性组分．     

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。     

K-MnO/γAl2O3和Cu/SiO2催化剂应用于苯甲酸甲酯连续加氢合成无氯苯甲醇

以K-MnO/γ-Al2O3和Cu/SiO2为催化剂,利用固定床串联反应器实现了苯甲酸甲酯连续加氢合成无氯苯甲醇反应过程.K-MnO/γ-Al2O3和Cu/SiO2催化剂对于苯甲酸甲酯连续加氢合成苯甲醇具有良好的加氢活性,反应转化率可达89.2%,苯甲醇的选择性为84.1%.在苯甲酸甲酯加氢连续步骤中的氢醛比得到提高,有效地抑制了副产物甲苯的生成.XRD,SEM和TPR表征结果表明:采用吸附沉淀法制备的Cu/SiO2-C15.2催化剂,氧化铜在载体上具有良好的分散性能,并且易于还原,表现出最佳的苯甲醛加氢活性.     

机械研磨时间对铜基甲醇合成催化剂性能的影响

采用机械研磨燃烧法在不同研磨时间下制备了系列Cu/ZnO/Al2O3催化剂,并评价了其在一氧化碳加氢制备甲醇反应中的活性。催化剂前驱体的焙烧过程通过热重-差热分析仪(TG-DSC)监测。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、N2吸附、程序升温还原(TPR)和N2O氧化后氢气滴定等方法对催化剂进行了表征。结果表明,催化剂的结构性质与研磨时间密切相关,催化剂的比表面积和铜原子的分散度随研磨时间延长先增大后减小,研磨2 h制得的催化剂显示了最高的催化活性。     

含Bi、Mg的硅酸铜催化剂的制备及其催化性能

以硝酸铋、硅酸钠和MgO-SiO₂复合微球为原料,分别采用共沉淀法和浸渍-沉淀法制备了含Bi、Mg的硅酸铜催化剂，其结构经SEM，低温N₂吸附-脱附、XRD和XPS表征。研究了催化剂在甲醛乙炔化合成1,4-丁炔二醇反应中的催化性能。结果表明：采用共沉淀法制备的催化剂具有高比表面积、孔径和孔体积，炔化反应活性高，1,4-丁炔二醇选择性大于96%。催化剂表面的活性组分主要为无定形硅酸铜，分散度与稳定性较好，活性组分Cu和Bi不易流失。     

Cu-Zn-Zr/SBA-15介孔催化剂的制备及CO2加氢合成甲醇的催化性能

以具有骨架结构的SBA-15介孔分子筛为载体,采用浸渍法合成了具有高比表面积、不同金属氧化物含量的Cu-Zn-Zr介孔催化剂CZZx/SBA-15(x=0.3,0.4,0.5,0.6).采用N2吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、CO2吸附(CO2-TPD)和透射电子显微镜(TEM)等手段对样品进行了表征.在固定床反应器上评价了其CO2加氢合成甲醇的催化性能.实验结果表明,CZZx/SBA-15催化剂具有介孔结构,负载的Cu O,Zn O和Zr O2能够很好地分散在表面,并且负载氧化物晶粒尺寸不同.催化剂的铜比表面积SCu与甲醇催化活性呈近似线性关系,其中CZZ0.4/SBA-15催化剂表现出最大甲醇选择性(54.32%),与CZZ相比,甲醇选择性增加24.85%.随着金属氧化物负载量的增大,催化剂比表面积和SCu明显减小,甲醇选择性与收率也相应减小,负载型CZZx/SBA-15催化剂表面结构对CO2加氢合成甲醇反应活性起关键作用.     

铜基甲醇合成催化剂的失活研究

选用了两个化肥厂的失活甲醇合成催化剂,采用ＸＲＤ、ＳＥＭ、ＳＥＭ－ＥＤＳ、ＴＥＭ、ＸＰＳ、ＴＲＰ、ＣＯ－ＴＰＤ和化学吸附等方法对催化剂进行比较测试。结果表明,硫中毒、积炭、铜粒长大和杂质金属沉积等是造成甲醇合成催化剂失活的因素。由于某一种或几种因素都导致催化剂活性表面积的降低,对反应物ＣＯ吸附量减少,或造成催化剂对ＣＯ吸附能力的降低,从而降低合成甲醇反应的活性。硫中毒和铜粒长大是普遍存在的最主要因     

K-MnO／y-A1203和Cu／SiO2催化剂应用于苯甲酸甲酯连续加氢合成无氯苯甲醇

以K—MnO／F—Al2O3和Cu／SiO2为催化剂，利用固定床串联反应器实现了苯甲酸甲酯连续加氢合成无氯苯甲醇反应过程．K-MnO/y-Al2O3和Cu／SiO2催化剂对于苯甲酸甲酯连续加氢合成苯甲醇具有良好的加氢活性，反应转化率可达89．2％，苯甲醇的选择性为84．1％．在苯甲酸甲酯加氢连续步骤中的氢醛比得到提高，有效地抑制了副产物甲苯的生成．XRD，SEM和TPR表征结果表明：采用吸附沉淀法制备的Cu／SiO2-C15．2催化剂，氧化铜在载体上具有良好的分散性能，并且易于还原，表现出最佳的苯甲醛加氢活性．     

二氧化铈改性的铜锌催化剂上顺酐气相加氢制γ-丁内酯

采用共沉淀法制备了不同CeO₂含量的铜锌催化剂。通过X射线粉末衍射、N₂物理吸附、氢气程序升温还原、N₂O脉冲吸附、氢气脉冲吸附等技术表征了催化剂的结构、物化性质。用固定床连续流动反应器研究了催化剂对顺酐气相加氢合成γ-丁内酯催化性能。结果表明,引入CeO₂可调变铜锌催化剂的晶粒大小、还原性能、Cu⁰比表面积、氢气吸附性能。当CeO₂质量分数小于3%时,催化剂的Cu晶粒随CeO₂含量的增加而减小,催化剂的Cu⁰比表面积和氢气吸附性能随CeO₂含量的增加而增大;当CeO₂质量分数大于3%时,催化剂的Cu⁰比表面积和氢气吸附性能随CeO₂含量的增加而减小。CeO₂质量分数在3%~5%的催化剂催化顺酐气相加氢反应具有较高的稳定性。     

不同条件制备的甲醇合成催化剂CuO/ZnO的活性与铜表面积的关系

共沉淀法制备的CuO/ZnO催化剂,用于二氧化碳加氢低压甲醇合成已有不少报导;但对催化剂制备中的一些重要环节探索不多,尽管Pan等研究过共沉淀时溶液的pH值不同,对所制的CuO/ZnO催化剂的铜表面积和合成甲醇(由一氧化碳加氢合成甲醇)活性的影响很显著.目前一般均采用1mol/L Na_2CO_3滴加到硝酸铜和硝酸锌混合溶液中,至pH值达8.2左右,但对滴加1mol/L Na_2CO_3的速度快慢对催化剂性能的影响尚未研究过;另外催化剂CuO/ZnO中的ZnO可以以粉末氧化锌和硝酸锌引     

CO2加氢合成甲醇催化反应中CO的作用

研究了铜基催化剂上CO₂加氢合成甲醇反应中掺人CO的作用,结果表明,在原料中添加少量CO,甲醇的选择性提高38%,收率提高25%;TPD-MS和TPSR-MS结果表明,CO能抑制催化剂表面起逆水汽变换作用的活性位对CO₂的吸附,从而提高了CO₂加氢合成甲醇的选抒性.     

热处理条件对完全液相法制Cu-Zn-Al催化剂结构及CO加氢性能的影响

采用完全液相法制备Cu-Zn-Al浆状催化剂,利用XRD、H₂程序升温还原、N₂吸附-脱附、XPS对催化剂进行表征,并在浆态床反应器中评价其CO加氢性能,考察了前驱体的热处理条件（常压、中压和密闭高压）对催化剂结构和性能的影响.结果表明,常压热处理所制催化剂,比表面积较大,活性物种的分散度和表面铜锌比均较高,有利于反应气体的吸附和扩散,CO加氢活性较高;采用加压热处理时,Cu晶粒较大,且有尖晶石相的生成,增强了Cu、Zn、Al物种之间的相互作用,影响了Cu物种的还原能力和催化剂的表面酸性,使催化剂具有一定的生成低碳醇能力.     

非负载镍催化剂的2-乙基蒽醌加氢活性及其氢吸脱附性质

 分别制备了金属镍粉、兰尼镍、Ni-B非晶态合金及镧掺杂的Ni-B非晶态合金(Ni-B-La)催化剂,研究了催化剂的氢吸附和脱附性质以及对2-乙基蒽醌加氢反应的催化性能. 结果表明,金属镍粉、兰尼镍和Ni-B催化剂表面均具有两种氢吸附位: 弱吸附位和强吸附位. Ni-B-La催化剂表面只有氢的强吸附位,其强吸附氢量与兰尼镍相当. 推测只有氢的强吸附位是2-乙基蒽醌加氢反应的活性中心,并且Ni-B-La催化剂上的强吸附氢较兰尼镍上的更活泼,因而Ni-B-La非晶态合金催化剂对加氢反应的催化活性高于兰尼镍.     

CO／H2在Cu／ZrO2催化剂表面吸附行为原位红外表征

用原位FT-IR法比较了Cu/ZrO2和ZrO2催化剂表面对CO及CO/H2的吸附行为。结果表明,CO在50℃便可以在Cu/ZrO2表面形成b-HCOO-Zr、Zr-COO^-和b-HOCOOZr物种,吸附温度升高,b-HOCOOZr逐渐分解生成Zr-OH和CO2,而b-HCOO-Zr吸附物种逐渐增强。b-HCOO-Zr物种在Cu/ZrO2催化剂表面生成速度远远大于ZrO2催化剂。在Cu/ZrO2催化剂表面,所形成的合成甲醇中间物种（HCOO-Zr和CH3O-Zr)均和ZrO2有关,意味着CO加氢反应主要在ZrO2表面进行,铜组分主要向ZrO2提供吸附CO及H2物种。     

AHTD法铜基催化剂合成甲醇的研究——Ⅱ.催化剂氧化态前驱体的性质

本文采用XRD,XPS,TPR等手段对AHTD(雾化高温分解)法制备的铜基甲醇合成催化剂的氧化态前驱体进行了表征,发现CuO/ZnO催化剂是四方结构的CuO和六方结构的ZnO组成的两相体系,但是,有部分ZnO溶解到CuO相中,催化剂的表面积为5—10m~2/g,远小于相应的沉淀法催化剂的表面积,氧化铝的加入有助于表面积的增大;催化剂存在表面富锌现象,随着催化剂铜含量的增加,表面富锌量增大;CuO与ZnO之间存在相互作用,使CuO的还原性能发生明显的变化。     

CeO_2改性Cu/Zn-Al水滑石衍生催化剂对甲醇水蒸气重整制氢性能的影响

采用原位合成法在γ-Al2O3表面合成了锌铝水滑石,再采用顺次浸渍法制备了Ce/Cu/Zn-Al催化材料;将其应用于甲醇水蒸气重整制氢,探讨了Ce含量对Cu/Zn-Al催化剂催化性能的影响.催化剂表征结果表明,CeO_2的引入改善了活性组分铜的分散度、铜的比表面积以及催化剂的氧化还原性质,进而提高了催化剂的催化活性和产氢率.当Ce含量为4%时,催化剂活性最佳,在250℃时,甲醇转化率达到100%,CO摩尔分数为0.39%,与Cu/Zn-Al催化剂相比,甲醇转化率提高了近40%.     

聚乙二醇介质对浆态床合成气制乙醇催化性能的影响

采用不同分子量的聚乙二醇(400、600、800和1 000)作为浆态床反应介质,工业甲醇合成催化剂C302作为催化剂进行一氧化碳加氢反应,运用XRD、H_2-TPR、NH_3-TPD-MS、BET、XPS等方法对催化剂进行表征,考察催化剂C302在不同浆态床反应介质中进行一氧化碳加氢反应后其结构及性能的变化.结果表明浆态床反应介质对催化剂性能的发挥具有显著的影响,以聚乙二醇作为浆态床反应介质,C302用于一氧化碳加氢反应时产物中均出现了乙醇,同时催化剂表现出良好的稳定性.其中以聚乙二醇600作为浆态床反应介质时,反应后催化剂C302中Cu晶粒尺寸降低,存在两种形态的Cu2O且两者数量匹配,同时其弱酸中心增多,表面Zn富集,这些为催化剂高选择性合成乙醇提供了适宜结构,活性评价显示乙醇选择性达到25.21%.