在钯/纤维氧化铝催化剂上甲烷催化燃烧——燃气催化燃烧远红外辐射器的研究

研制得一种高效、多孔性钯/纤维氧化铝(或钯-铂/纤维氧化铝)催化燃烧板。此板适合于制作以天然气为燃气的远红外辐射器以提高能源的利用效率。当用钯含量为0.41%(以纤维氧化铝为基准)左右的钯/纤维氧化铝燃烧板燃烧天然气时,燃烧效率达96%以上,热强度范围为1.98—2.00kcal/cm~2.hr,废气中一氧化碳含量低于国内外废气规范标准。经500小时寿命试验表明,该板催化活性稳定,在热强度不变的情况下,燃烧效率保持在96%以上,废气中一氧化碳含量<100ppm。与目前所看到的文献报导结果相比,燃烧效率较之高2—6%左右,热强度高15—50%左右。此板亦可用作其他燃气的催化燃烧。     

新型La2CuMnO6和LaMnO3催化剂的甲烷燃烧催化性能比较

采用溶胶-凝胶法在空气气氛下于1100 ℃焙烧3 h后制备了一种新型单相稀土双层钙钛矿催化材料La2CuMnO6, 测试了其甲烷催化燃烧反应性能. 该化合物对甲烷催化燃烧反应表现出较好的催化活性, 起燃温度(T10)和完全转化温度(T90)分别为437.5和649.2 ℃, 在相同条件下与稀土单层钙钛矿型催化剂LaMnO3相比, 其T10和T90分别降低了53.1和116.5 ℃. XPS结果显示, La2CuMnO6氧空位浓度相对较大, 此外, La2CuMnO6与LaMnO3相比, 其TPR谱、SEM、TEM和磁性明显不同, 并与其甲烷催化燃烧活性有一定的对应关系.     

高分散Co3O4对钙钛矿类LaCoO3低浓度甲烷催化燃烧性能的影响

本研究采用溶胶凝胶法,通过调变镧钴比合成了一种纳米新型钙钛矿类催化剂。利用物理吸附、ICP、XRD、H₂-TPR、O₂-TPD和XPS等技术对催化剂进行了表征,并对其在乏风甲烷氧化燃烧中的催化性能进行了研究。结果表明,高分散性的Co₃O₄纳米颗粒有利于甲烷的低温活化,且催化剂中镧钴钙钛矿体相可提供大量的晶格氧,促进高温下甲烷的催化燃烧速率和催化剂的高温稳定性。通过调变镧钴比例,可有效调变催化剂中Co₃O₄纳米颗粒的分散状态,进而实现催化剂低温活性和高温稳定性的有效统一。当La/Co比为0.9时,在空速为30000 mL/(gcat·h)的条件下,La0.9CoO₃钙钛矿催化剂的甲烷起燃温度为382℃;稳定运行72 h后,甲烷转化率保持在95%以上。这些结果为今后开发低成本、高活性和高稳定性的甲烷燃烧催化剂提供了参考。     

CeO2/BaMnAl11O19-α催化剂制备及甲烷催化燃烧研究

采用反相微乳液法制备了BaMAl11O19-α (M=Mn, Co, Ce)催化剂,研究了M对催化剂相组成、比表面积和甲烷催化燃烧活性的影响.Mn促进六铝酸盐的形成,Mn基催化剂比表面积虽低,甲烷燃烧活性却较高.Ce 基催化剂的热稳定性高,比表面积大幅度增加,但甲烷催化燃烧活性比Mn基催化剂低.Ce和Mn的共同作用使CeO2/BaMnAl11O19-α催化剂不仅比表面积较大,而且具有较高的甲烷燃烧活性.在100 h连续试验中,CeO2/BaMnAl11O19-α催化剂活性稳定,有望成为催化热汽轮机燃烧器的潜在催化剂之一.     

尿素加入量对水热合成法制备Mn取代六铝酸盐催化剂的影响

采用以尿素水解为基础的水热合成法制备了Mn取代的镧六铝酸盐催化剂.研究了尿素加入量对所制备催化剂的化学组成、相结构、孔结构及甲烷催化燃烧活性的影响.n(尿素)/n(M⁺)(其中M⁺为带单位正电荷的金属离子)为1.0时,Mn²⁺离子沉淀不完全,所得催化剂甲烷催化燃烧活性较低.n(尿素)/n(M⁺)增加到2.0时,Mn²⁺离子沉淀完全,催化剂中六铝酸盐相增加,平均孔直径增大,甲烷催化燃烧活性提高.n(尿素)/n(M⁺)再增加至4.0时,比表面积降低,六铝酸盐相减少,平均孔直径降低,甲烷催化燃烧活性下降.n(尿素)/n(M⁺)为2.0时,所制备的催化剂在780℃及反应生成水蒸汽下运行100h,催化剂比表面积及甲烷燃烧活性都保持稳定.     

SrCeFeNiO6催化剂的制备及其催化甲烷燃烧性能研究

采用共沉淀法、溶胶凝胶法和水热法制备了双钙钛矿型催化剂SrCeFeNiO₆,其结构和性能经X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、程序升温还原(H₂-TPR)、比表面积测定(BET)、热重分析(TG-DSC)和甲烷燃烧活性测试表征。结果表明：3种方法制备的催化剂经800 ℃焙烧4 h后均可形成完整的双钙钛矿晶型,催化性能和高温稳定性较好。其中,采用共沉淀法制备的SrCeFeNiO₆催化剂催化甲烷燃烧活性最好,起燃温度T_10℃为432 ℃,完全转换温度T_90℃为582 ℃,比表面积为15.4 m²·g^-1,活化能为43.4 kJ·mol^-1。     

Ni-Nb2O5和Ni-Cu-Nb2O5催化甲烷燃烧活性研究

在微型固定床反应器中考察了新型甲烷催化燃烧催化剂Ni-Nb2O5和Ni-Cu-Nb2O5的活性．实验结果表明，含Nb2O5的Ni及Ni-Cu双金属催化剂具有好的催化甲烷低温燃烧性能，其甲烷转化率与反应温度、活性组分含量和空速有关．70％Ni担载量的Ni-Nb2O5催化剂可使甲烷在500℃时完全转化，并具有稳定的催化活性．Ni-Cu-Nb2O5体系催化剂中，Ni／Cu比为65／25时催化剂具有最佳的活性；该催化剂中Nb2O5可以在一个比较宽的范围内调节，并在此调节范围内可使甲烷在550℃温度下完全转化．     

Pt／SBA-15、Pt／SBA-16催化剂的合成、表征及甲烷催化燃烧性能

以Na2SiO3.9H2O为硅源,H2PtCl6为铂源,水热法一步合成了Pt质量分数约1%的Pt/SBA-15和Pt/SBA-16催化剂.采用XRF、XRD、HRTEM等方法对样品进行了表征.在微型固定床反应器中考察了催化剂的甲烷催化燃烧性能.结果表明:合成的Pt/SBA-15和Pt/SBA-16样品分别具有SBA-15和SBA-16的高度有序的介孔结构;通过这种简便、低成本的方法可将Pt颗粒高分散地引入到样品的孔道内;催化剂表现出了较好的甲烷催化燃烧性能,在常压、原料气为含3.5%CH4的空气和GHSV=6000mL/(gcat.h)的反应条件下,在大约580℃下甲烷即可完全转化.     

MFI分子筛限域空间内Pd催化剂上甲烷燃烧

甲烷是一种重要的温室气体,其开发利用过程中不完全燃烧所残留的气体排放到大气中会造成严重的环境问题,因此提高甲烷燃烧效率显得尤为重要.与传统燃烧方式相比,催化燃烧在低温区表现出高的燃烧效率,成为甲烷燃烧理想的选择.在实际应用时,甲烷燃烧催化剂应在低温区具备高的催化活性,同时在过量水蒸气存在下具备好的稳定性.负载型Pd基催化剂是当前研究最多的甲烷燃烧催化剂,Pd粒子尺寸、载体类型、酸性位点以及金属与载体的相互作用是影响甲烷燃烧活性与稳定性的关键因素.本文设计了原位水热合成路线将孤立的Pd离子稳定封装于MFI分子筛孔道内(Pd@MFI),以期获得高活性、高稳定性的甲烷燃烧催化剂,并揭示其反应机理与构效关系.通过X射线粉末衍射、高分辨透射电子显微镜以及球差校正扫描透射电子显微镜分析了Pd@MFI催化剂的基本结构,并直接观测了Pd物种在分子筛晶体中的分布;进而利用氨气程序升温脱附、固体核磁共振、氢气程序升温还原、X射线光电子能谱(XPS)和CO吸附红外光谱等表征技术研究了催化剂的酸性以及Pd在分子筛中的存在状态.表征结果证实,通过原位水热合成方法可将Pd物种以pd2+和Pd(OH)+的形式封装在MFI分子筛孔道内,孤立的Pd离子与分子筛骨架之间存在着强相互作用,有效稳定Pd离子并实现贵金属Pd的最大化利用.在甲烷燃烧反应中,Pd@H-ZSM-5在高空速下表现出较好的催化活性与较低的表观活化能(70.7 kJ/mol).热稳定性及耐水性测试结果表明,Pd@H-ZSM-5在400℃下连续反应100 h后甲烷燃烧活性无明显下降,且反应后Pd物种在分子筛孔道内仍保持高度分散,说明该催化剂在甲烷燃烧过程中具备优异的稳定性和抗烧结性能.通过反应动力学、程序升温脱附以及原位红外光谱等技术手段研究了甲烷催化氧化机理,结果表明,Brφnsted酸性位点的存在有利于甲烷吸附并促进其在相邻Pd位点上活化,在MFI分子筛限域空间内形成Pd位点和Brφnsted酸性位点的有效协同.原位近常压XPS分析结果表明,Pd@H-ZSM-5催化的甲烷燃烧过程中存在着pd2+-pdn+-pd2+的可逆氧化还原循环.综合分析上述结果,最终可阐明Pd@H-ZSM-5模型催化剂上甲烷燃烧的反应机理.     

CeO2／BaMnAl11O19-a催化剂制备及甲烷催化燃烧研究

采用反相微乳液法制备了BaMAl11O19-a(M=Mn，Co，Ce)催化剂，研究了M对催化剂相组成、比表面积和甲烷催化燃烧活性的影响．Mn促进六铝酸盐的形成，Mn基催化剂比表面积虽低，甲烷燃烧活性却较高．Ce基催化剂的热稳定性高，比表面积大幅度增加，但甲烷催化燃烧活性比Mn基催化剂低．Ce和Mn的共同作用使CeO2／BaMnAlO19-a催化剂不仅比表面积较大，而且具有较高的甲烷燃烧活性．在100h连续试验中，CeO2／BaMnAl11O19-a催化剂活性稳定，有望成为催化热汽轮机燃烧器的潜在催化剂之一．     

钙钛矿SrFe1-xMnxO3催化剂:共沉淀法制备及催化甲烷燃烧的性能

通过共沉淀法制备了SrFe1-xMnxO3钙钛矿催化剂。用XRD、TPR和TG-DSC技术对催化剂进行了物理性能表征,以甲烷催化燃烧为目标反应表征其催化性能,通过BET模型计算了其比表面积,通过阿伦尼乌斯方程计算了反应的表观活化能。结果表明用共沉淀法制备钙钛矿催化剂经700℃焙烧4 h后可以形成完整的钙钛矿晶型,样品都具有高的催化性能,但随着锰离子的掺杂,催化剂活性明显提高,其中SrMnO3催化剂具有较高甲烷催化燃烧活性,起燃温度T10%为435℃,至457℃甲烷完全转化。     

应用TGA-FTIR研究不同来源污泥的燃烧和热解特性

在空气气氛下，利用热重分析方法研究了三种不同来源的污泥燃烧特性。探讨水处理工艺和污泥处理工艺对污泥中有机物的分布影响和燃烧特性影响。研究发现，污水厌氧工艺和污泥厌氧工艺均导致结构复杂、燃烧温度高的有机物生成。在氮气气氛下利用热重红外联用技术，对比研究了同种污泥的热解和燃烧特性，污泥热解主要发生有机物裂解成小分子和小分子的挥发，氧气的存在加速了污泥的裂解。污泥热解温度200℃～500℃，主要气体H2O、CO2、CO以及甲烷等烃类，CO2在高温750℃还存在一个析出峰，由于无机碳酸盐的分解。     

一种新的甲烷低温燃烧催化剂Au—Pt／Co3O4

考察了Pt和Pd的引入对Au/Co3O4催化剂的甲烷燃烧活性的影响,发现在Au/Co3O4（Au的质量分数为2%-5%）催化剂中掺入少量的Pt(如0.2%）,可使甲烷的催化燃烧活性得到显著的提高;相对于Au/Co3O4催化剂,其甲烷的最低全转化温度降低了50℃。便Pd的引入未提高甲烷燃烧的活性。表明Au-Pt/Co3O4是一个很有应用潜力的甲烷低温燃烧催化剂。     

氧化铝包覆层对甲烷燃烧反应钯催化剂活性结构的稳定作用

<正>甲烷具有高的温室效应,因此天然气应用过程尾气中甲烷的消除是一个迫切和亟待解决的环境问题~1。Pd基催化剂广泛应用于催化甲烷燃烧反应,并且表现出显著的结构敏感性~2。实验和理论计算研究结果均表明Pd-Pd Ox界面表现出最高的催化甲烷燃烧活性~(3,4)。但是,在强放热甲烷燃烧反     

镧钴镍复合氧化物催化剂的制备及催化甲烷燃烧活性研究

采用共沉淀法制备LaNi_(1-x)Co_xO_3系列催化剂(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0),研究B位离子Co的掺杂对钙钛矿LaNiO_3催化甲烷燃烧性能的影响。通过X射线衍射、比表面积测定、程序升温还原、扫描电镜、热重分析等对催化剂的结构和性能进行考察。以催化甲烷燃烧为目标,考察了催化剂的性能。研究结果表明,Co离子的掺杂会改变钙钛矿的晶型结构,改善催化活性,当x=0.8时,LaNi_(0.2)Co_(0.8)O_3的催化甲烷燃烧活性最高,其比表面积为22.4 m~2·g~(-1),T_(10%)(起燃温度)为475℃,T_(90%)(完全转化温度)为610℃。     

铜基催化剂上甲烷催化燃烧反应动力学特性研究

采用固定床微分反应器,在常压、450~500℃、甲烷体积分数10%~35%条件下,进行铜基催化剂上甲烷催化燃烧动力学特性研究。研究表明,甲烷分压对反应速率影响显著,而氧气分压的影响可以忽略。采用最小二乘法进行动力学模型参数估计,建立的反应动力学模型为-rCH4=1.61×107×e-108 000/RT×pCH40.5。检验结果表明,所建模型与实验数据良好相容,是适宜和可信的。根据实验结果推断甲烷催化燃烧分两步进行,首先氧气快速与铜基催化剂上活性空位点反应,形成吸附氧气分子;随后吸附氧气分子和甲烷分子反应,生成二氧化碳和水。     

基于水滑石衍生钌催化剂光驱动合成氨的研究

通过在还原性气氛中煅烧钌基水滑石前驱体,制备了高度分散于金属氧化物纳米片上的钌纳米颗粒(Mg Al Ru-500R).利用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见-近红外漫反射光谱(UV-Vis-NIR DRS)对Mg Al Ru-500R的晶体结构、形貌、元素组成和光学特性进行分析表征.基于流动相反应体系研究了Mg Al Ru-500R催化剂在常压条件下的光热催化合成氨性能.结果表明,Mg Al Ru-500R可以仅依靠光照升温至300℃以上,并驱动光热催化合成氨反应.在380℃下,Mg Al Ru-500R光热催化合成氨速率高达3.0 mmol·g^?1·h^?1,显著高于相同温度下的热催化合成氨速率(1.5 mmol·g^?1·h^?1).动力学分析(包括表观活化能和动力学反应级数的测定)结果表明,优异的光热催化合成氨活性是因为光激发加速了N₂解离,进而降低了反应活化能.     

草酸盐凝胶共沉淀法制备Ni-Ce-O甲烷催化燃烧催化剂

 采用草酸盐凝胶共沉淀法制备了系列Ni-Ce-O复合氧化物催化剂,考察了制备方法及催化剂组成对其催化甲烷燃烧性能的影响. 结果表明,草酸盐凝胶共沉淀法制备的Ni-Ce-O催化剂上甲烷的催化燃烧活性明显高于常规方法制备的Ni-Ce-O催化剂; Ni-Ce-O催化剂的组成显著影响其催化性能. 当镍/铈比值为4时,在406 ℃时即可使50%甲烷转化. Ni-Ce-O复合氧化物中NiO的晶格微应变是影响其催化甲烷燃烧性能的重要因素.     

MFI分子筛限域空间内Pd催化剂上甲烷燃烧（英文）

甲烷是一种重要的温室气体,其开发利用过程中不完全燃烧所残留的气体排放到大气中会造成严重的环境问题,因此提高甲烷燃烧效率显得尤为重要.与传统燃烧方式相比,催化燃烧在低温区表现出高的燃烧效率,成为甲烷燃烧理想的选择.在实际应用时,甲烷燃烧催化剂应在低温区具备高的催化活性,同时在过量水蒸气存在下具备好的稳定性.负载型Pd基催化剂是当前研究最多的甲烷燃烧催化剂,Pd粒子尺寸、载体类型、酸性位点以及金属与载体的相互作用是影响甲烷燃烧活性与稳定性的关键因素.本文设计了原位水热合成路线将孤立的Pd离子稳定封装于MFI分子筛孔道内(Pd@MFI),以期获得高活性、高稳定性的甲烷燃烧催化剂,并揭示其反应机理与构效关系.通过X射线粉末衍射、高分辨透射电子显微镜以及球差校正扫描透射电子显微镜分析了Pd@MFI催化剂的基本结构,并直接观测了Pd物种在分子筛晶体中的分布;进而利用氨气程序升温脱附、固体核磁共振、氢气程序升温还原、X射线光电子能谱(XPS)和CO吸附红外光谱等表征技术研究了催化剂的酸性以及Pd在分子筛中的存在状态.表征结果证实,通过原位水热合成方法可将Pd物种以Pd~(2+)和Pd(OH)~+的形式封装在MFI分子筛孔道内,孤立的Pd离子与分子筛骨架之间存在着强相互作用,有效稳定Pd离子并实现贵金属Pd的最大化利用.在甲烷燃烧反应中,Pd@H-ZSM-5在高空速下表现出较好的催化活性与较低的表观活化能(70.7 k J/mol).热稳定性及耐水性测试结果表明,Pd@H-ZSM-5在400°C下连续反应100 h后甲烷燃烧活性无明显下降,且反应后Pd物种在分子筛孔道内仍保持高度分散,说明该催化剂在甲烷燃烧过程中具备优异的稳定性和抗烧结性能.通过反应动力学、程序升温脱附以及原位红外光谱等技术手段研究了甲烷催化氧化机理,结果表明,Br?nsted酸性位点的存在有利于甲烷吸附并促进其在相邻Pd位点上活化,在MFI分子筛限域空间内形成Pd位点和Br?nsted酸性位点的有效协同.原位近常压XPS分析结果表明,Pd@H-ZSM-5催化的甲烷燃烧过程中存在着Pd~(2+)-Pd~(n+)-Pd~(2+)的可逆氧化还原循环.综合分析上述结果,最终可阐明Pd@H-ZSM-5模型催化剂上甲烷燃烧的反应机理.     

褐煤煤焦“一步法”制天然气双功能催化剂Fe-Ni/ATP性能研究

以Fe-Ni/ATP为催化剂,在小型固定床反应器上考察其在褐煤煤焦"一步法"制天然气过程中的催化性能。结果表明,在2 MPa、650℃反应条件下,Fe4Ni2/ATP4具有较好的催化气化和甲烷化性能,甲烷选择性为24.75%,较Fe4/ATP6的选择性提高了58.76%;且在五次循环实验过程中,碳转化率和CH4时空产率保持稳定,具有较高的稳定性。载体ATP中的CaO具有明显的气化催化效果;Fe与水蒸气反应生成的H2可快速提高反应器内H2分压,促进煤焦直接加氢甲烷化和CO甲烷化;Ni降低了催化剂的还原温度并形成铁镍合金活性组分,提高了催化剂的甲烷化催化性能。