表面形貌控制增强铁基载氧体与褐煤化学链燃烧反应活性

为探究载氧体形貌控制获取适用于化学链燃烧的高活性表面结构载氧体的可行性,以Fe2O3作为模型载氧体,从理论上对比研究Fe2O3的高弥勒指数晶面(104)和Fe2O3自然裸露的最主要晶面之一(001)的表面电子特性,结果表明,Fe2O3(104)的电子结构更有利于表面与煤模型分子的相互作用.基于理论分析结果,从实验上控制制备了单晶载氧体Fe2O3(104)/Al2O3,研究了该载氧体与褐煤的化学链燃烧反应特性.Fe2O3(104)/Al2O3比传统浸渍法制备的载氧体Fe2O3/Al2O3具有更高的反应活性,与理论计算结果一致.元素分析表明,Fe2O3(104)/Al2O3与褐煤反应的积碳量远少于Fe2O3/Al2O3与褐煤反应的积碳量.对比新鲜载氧体及再生后载氧体的结构发现,Fe2O3(104)/Al2O3在反应过程中不断进行氧化还原反应而发生结构弛豫后,仍然能通过氧化再生.这表明形貌控制制备可为化学链燃烧技术开发新型高效载氧体提供新思路.     

Cu修饰的Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体的循环反应稳定性研究

采用冷冻干燥法制备了经Cu修饰(10%)的Fe2O3/Al2O3氧载体。利用热重分析仪分别在850、900和950℃等温环境下,使氧载体交替接触还原气体和氧化气体,来模拟氧载体在化学链燃烧中的循环过程。结果表明,经Cu修饰的Fe2O3/Al2O3氧载体在850和900℃下的等温循环过程中反应性能都很稳定,在950℃时的循环反应前期有微量烧结,但在循环后期反应性能也很稳定。随着反应温度的升高,氧载体氧化速率增大,还原速率和载氧率先减小后增大。与未经修饰的Fe2O3/Al2O3氧载体相比较,在900℃下作等温循环实验,经Cu修饰的Fe2O3/Al2O3氧载体具有较高的载氧能力和还原速率,但氧化速率较低;两者都具有较好的循环稳定性。     

Fe203中的晶格氧用于甲烷在熔融盐中的催化燃烧(Ⅰ)催化剂的制备及性能表征

制备了新鲜的Fe2O3甲烷燃烧催化剂,利用XRD、SEM和TG等分析手段对催化剂的性能进行了表征.并在质量比为1:1的Na2CO3和K2CO3熔融盐中研究了Fe2O3中的晶格氧对甲烷的催化燃烧性能.TG分析表明,Fe2O3与CH4的反应分为两个阶段,第一个阶段从550℃开始,700℃结束,这一阶段里Fe2O3主要被还原成了Fe3O4,第二个阶段从800℃开始,Fe3O4被还原成了FeO和Fe;新生成的铁和低价铁氧化物与空气反应的TG曲线只出现一个增重阶段,从350℃开始质量开始显著增加,最后又重新生成了Fe2O3.在熔融碳酸盐体系进行的切换反应表明,在熔融盐中Fe2O3中的晶格氧能有效地对甲烷的燃烧过程进行催化,并且失去晶格氧的Fe2O3能与空气反应重新恢复其晶格氧,并且整个反应过程放出的热被储存在熔融盐热载体中,这更有利于甲烷的完全燃烧或部分氧化制合成气.因此,控制合适的反应条件,利用Fe2O3作为催化剂在熔融盐体系里使甲烷完全燃烧或部分氧化制合成气是可能的.     

Mn-Fe_2O_3载氧体作用下CO化学链燃烧特性及动力学研究

采用共沉淀法制备不同物质的量比Mn掺杂的铁基载氧体(Mn-Fe2O3),并进行XRD、BET和TEM表征。开展不同温度下Mn-Fe2O3与CO的化学链燃烧实验,研究载氧体的反应特性,确定较优的掺杂量和反应温度。结果表明,适量的Mn掺杂有助于改善铁基载氧体的反应活性,Fe∶Mn物质的量为50∶1时燃烧反应转化率最高。多循环化学链燃烧实验证实了载氧体稳定性较好。不同升温速率(30、40、50℃/min)下反应动力学分析表明,Mn-Fe2O3与CO的化学链燃烧还原反应均属于随机成核和随后生长的Avrami-Erofeev方程模型,并依据模型分别计算出了该模型的活化能和频率因子。     

双核铁配合物模拟甲烷单加氧酶催化烃类的分子氧氧化

以 [Fe2 Dhist(OAc) 2 ]BPh4·3H2 O为模型配合物、Zn粉为电子给体、HOAc为质子给体、甲基紫精 (MV2 +)为电子传递剂作为甲烷单加氧酶 (MMO)模拟体系在室温下实现了分子氧的还原活化和烃类的分子氧氧化 ,并用电子顺磁共振 (EPR)研究了分子氧的络合和活化过程 .结果表明 ,苯乙烯主要生成环氧苯乙烷 ( 1 396mol/1 0 0molFe2 配合物 )、苯甲醛 ( 1 6 1 6 0 )和苯乙酮 ( 986 ) ;环己烷生成环己醇 ( 9370 )和环己酮 ( 2 6 70 ) .FeⅣFeⅣ O是反应的活性中间体 ,由FeⅢFeⅢ 经还原、载氧、质子化形成 ,并与CC或C—H作用分别得到各氧化产物 .反应现象、EPR研究和产物分布与蚯蚓血红蛋白、MMO的有关过程十分相似 ,是一个良好的MMO模型体系 .相应的Mn2 ,FeZn及单Fe核配合物无活性 ,表明Fe2 核对产生催化活性是必需的 .     

Ca-Fe/bentonite载氧体煤化学链燃烧反应特性

以天然石膏粉、膨润土(bentonite)和Fe(NO3)3·9H2O为原料,通过机械混合造粒法制备了钙基复合载氧体。在小型流化床反应器中,水蒸气作为气化-流化介质,研究了温度、活性组分含量及循环次数对复合载氧体反应活性的影响,同时考察了不同煤种化学链燃烧反应特性。实验结果表明,CaSO4含量为60%,Fe2O3为活性助剂的CaSO4-Fe2O3/ben(Ca-Fe/ben)载氧体平均磨损速率为0.089%/h。反应温度为900℃时,碳转化率达到95%所需的时间为20.8min,CO2平均干基浓度为95.99%,表现高的反应活性。10次氧化/还原反应后,CO2平均干基浓度保持在80%,载氧体保持良好的循环反应活性。同时,实验发现高挥发分高灰分的煤种更适于煤的化学链燃烧,且CO2浓度均保持在90%以上。粒径分布曲线表明循环反应中载氧体表现强的抗磨损能力。     

Fe2O3/LaNiO3载氧体在化学链制氢中应用的可行性研究

采用柠檬酸络合法制备了Fe2O3/LaNiO3复合氧化物,将该氧化物作为化学链制氢反应的载氧体,对燃料反应器温度、蒸汽反应器温度、剂烷比(Fe2O3/CH4)、进水量等工艺条件进行了考察。实验结果表明:燃料反应器温度达到800℃以上甲烷都可以全部转化,燃料反应器温度、剂烷比和进水量对氢气产量影响比较大。在燃料反应器温度为850℃、蒸汽反应器温度为900℃、常压、剂烷比为2/1,进水量为0.1 mL时对载氧体进行连续60次氧化-还原循环,结果是前57次循环载氧体稳定性非常好,从第58次循环开始氢气产量迅速下降,结合XRD和TEM表征发现载氧体在高温下连续进行氧化-还原反应,导致部分载氧体结构发生分解,失去了原来结构具有很强的储氧-释氧能力,导致氢气产量下降,稳定性变差。     

化学环制氢中Fe2O3/CeO2/Al2O3载氧体的性能研究

采用浸渍法制备了不同CeO2含量的Fe2O3/CeO2/Al2O3载氧体,利用BET,XRD和TPR对其性能进行表征,并以甲烷为燃料在固定床微型反应器中对载氧体进行化学环制氢性能考察。结果表明:CeO2的加入可以降低铁与铝之间的相互作用,提高铁的分散度,从而提高催化活性。在燃料反应器温度为900℃,蒸汽反应器温度为900℃,常压、剂烷比为2/1,进水量为0.1 m L时经过10次氧化-还原循环,Fe2O3/CeO2/Al2O3载氧体颗粒反应性能稳定,甲烷转化率最高可达到75%,单次循环氢气产量最高可达到35 m L·2.5 gcat-1。     

用晶格氧为氧源的甲烷部分氧化制合成气

 采用热重分析技术在甲烷气氛下考察了储氧材料Fe2O3提供晶格氧的过程，用甲烷／氧切换反应和在线质谱检测方法研究了以Fe2O3晶格氧代替气相氧用于甲烷部分氧化制合成气的可能性．结果表明，Fe2O3在甲烷气氛下的还原过程包括Fe2O3→Fe3O4和Fe3O4→FeO→Fe，甲烷被氧化为CO2和H2O．在750℃下进行的CH4／O2切换反应结果表明，首先，约25％的CH4与Fe2O3中的晶格氧反应，生成CO2和H2O，然后，生成的CO2和H2O与剩余的约75％的CH4在Ni／Al2O3催化剂上进行蒸汽重整和C\r\nO2重整，从而按燃烧－重整机理实现甲烷部分氧化制合成气．选择合适的CH4／O2切换条件，可使甲烷高转化率、高选择性地生成合成气．     

纳米-微米铁修饰的维氏体氨合成催化剂

我们以商业预还原的维氏体(Fe1-xO)氨合成催化剂为载体,采用Fe(NO)3 ·9H2O和H2C2O4·2H2O进行原位室温固相反应制备纳米铁或微米铁修饰的铁基氨合成催化剂,并通过XRD、SEM、TG-DTG、H2-TPR等进行了表征.结果表明:Fe(NO)3·9H2O和H2C2O4·2H2O室温固相反应完全生成产物Fe2(C2O4)3·5H2O,且产物分散于载体维氏体催化剂表面.通过纳米铁-微米铁的修饰,催化剂的氨合成活性有很大提高且稳定性好.催化剂活性随着Fe负载量的增加先增加后降低,负载量5％时催化活性最好,反应器出口氨浓由450℃(12.4％)、425℃(11.0％)、400℃(9.4％)分别提升至450℃(15.6％)、425℃(14.8％)、400℃(13％).通过一步简单的修饰,维氏体催化剂的氨合成活性提高约25％ ～38％.由于焙烧和还原,生成的Fe1xO或铁粒子与铁催化剂表面发生强相互作用,因此,反应过程中纳米铁或微米铁粒子能稳定存在,催化剂有较高的稳定性.     

Multifunctional nanocomposites constructed from Fe3O4-Au nanoparticle cores and a porous silica shell in the solution phase

This work is directed towards the synthesis of multifunctional nanoparticles composed of Fe(3)O(4)-Au nanocomposite cores and a porous silica shell (Fe(3)O(4)-Au/pSiO(2)), aimed at ensuring the stability, magnetic, and optical properties of magnetic-gold nanocomposite simultaneously. The prepared Fe(3)O(4)-Au/pSiO(2) core/shell nanoparticles are characterized by means of TEM, N(2) adsorption-desorption isotherms, FTIR, XRD, UV-vis, and VSM. Meanwhile, as an example of the applications, catalytic activity of the porous silica shell-encapsulated Fe(3)O(4)-Au nanoparticles is investigated by choosing a model reaction, reduction of o-nitroaniline to benzenediamine by NaBH(4). Due to the existence of porous silica shells, the reaction with Fe(3)O(4)-Au/pSiO(2) core/shell nanoparticles as a catalyst follows second-order kinetics with the rate constant (k) of about 0.0165 l mol(-1) s(-1), remarkably different from the first-order kinetics with the k of about 0.002 s(-1) for the reduction reaction with the core Fe(3)O(4)-Au nanoparticles as a catalyst.     

Comparison of reduction behavior of Fe2O3, ZnO and ZnFe2O4 by TPR technique

Advanced integrated gasification combined cycle (IGCC) power generation systems require the development of high-temperature,regenerable,desulfurization sorbents capable of removing hydrogen sulfide from coal gasifier gas to very low levels.As a sort of effective desufurizer,such as Fe2O3,ZnO and ZnFe2O4,it will endure strong reducing atmosphere in desulfurization process.The reduced degree of desufurizer can have an effect on its desulfurization reactivity.In this paper,Fe2O3,ZnO and ZnFe2O4 were synthesized by precipitation or co-precipitation at constant pH.After aging,washing and drying,the solids were calcined at 800℃.The reduction behaviors of sample were characterized by temperature-programmed reduction (TPR).It is found that there are two reduction peaks for Fe203 in TPR,and whereas no reduction peaks for ZnO are found.The reduction process of ZnFe2O4 prepared by co-precipitation is different from that of Fe2O3.ZnFe2O4 is easier to be reduced than Fe2O3.The activation energy of reduction process for Fe2O3 and ZnFe2O4 is obtained at different reduction periods.     

气相色谱法研究配位化合物的热稳定性 XX: 草酸铁(III)—硝酸钠在氢气中的固相氧化还原反应

以气相色谱为主要手段, 配合Mossbauer波谱、X射线衍射等方法研究了草酸铁(III)与硝酸钠在氢气氛中的固相反应, 实验结果表明: 240℃前两者不发生反应, 草酸铁(III)还原分解; 260-320℃固相间发生强烈氧化还原反应, 大量二氧化碳放出, 并伴有少量氧和一氧化氮, 380℃后, 生成的亚硝酸钠与未反应的硝酸钠在铁(III)化合物作用下, 提前分解, 同时铁(III)化合物转化成γ-Fe2O3.     

改性铝土矿载体负载Ru催化剂上的水煤气变换制氢

采用水热法对天然铝土矿进行改性,获得高比表面积的铝土矿(bauxite)载体.用等体积浸渍法制备了Ru含量为1.0%-4.0%(质量分数,下同)的Ru/bauxite催化剂和Ru含量为2.0%的Ru/Al2O3催化剂,以水煤气变换反应为探针反应,考察了催化剂性能.利用X射线荧光元素分析(XRF)、X射线粉末衍射(XRD)、低温N2物理吸附、H2程序升温还原(H2-TPR)以及CO程序升温脱附(CO-TPD)等对载体和催化剂样品进行表征.结果表明,不同Ru含量的Ru/bauxite催化剂具有优异的水煤气变换制氢性能,优于Ru/Al2O3催化剂.其原因是铝土矿本身含有的Fe2O3与负载的Ru之间发生了相互作用,降低了Fe2O3还原温度,提高了对CO的吸附能力且降低了CO的脱附温度,进而提高了催化剂的水煤气变换反应性能.     

NaCl和B2O3在修饰FeOχ催化剂中的协同作用

应用连续催化反应，ＸＰＳ，ＸＲＤ，Ｈ２－ＴＰＲ，Ｏ２－ＴＰＤ和Ｉｎ－ｓｉｔｕ Ｍｏｓｓｂａｕｅｒ谱等方法表征了一系列组成不同的ＮａＣｌ／Ｂ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３催化剂。结果表明ＮａＣｌ与Ｂ２Ｏ３在修饰ＦｅＯｘ催化剂上存在明显的协同作用，Ｂ２Ｏ３调变了ＦｅＯｘ的还原能力，ＮａＣｌ修饰了Ｂ２Ｏ３／ＦｅＯｘ使之具有很高的还原速度与晶格氧气化速度。催化剂的催化性能同这种协同作用密切相关。     

The adsorption and reaction of a titanate coupling reagent on the surfaces of different nanoparticles in supercritical CO2

The adsorption and reaction in supercritical CO2 of the titanate coupling reagent NDZ-201 on the surfaces of seven metal oxide particles, SiO2, Al2O3, ZrO2, TiO2 (anatase), TiO2 (rutile), Fe2O3, and Fe3O4, was investigated. FTIR and TG analysis indicated that the adsorption and reaction were different on different particle surfaces. On SiO2 and Al2O3 particles, there was a chemical reaction of the titanate coupling reagent on the surfaces. On the surfaces of ZrO2 and TiO2 (anatase) particles, there were two kinds of adsorption, weak and strong adsorption. On the surfaces of TiO2 (rutile), Fe2O3, and Fe3O4 particles, there was only weak adsorption. The acidity or basicity of the OH groups on the particle surface was the key factor that determined if a surface reaction occurred. When the OH groups were acidic, the titanate coupling reagent reacted with these, but otherwise, there was no reaction. The surface density of OH groups on the original particles and the amount of titanate coupling reagent adsorbed and reacted were estimated from TG analysis. The reactivity of the surface OH groups of Al2O3 particles was higher than that of the SiO2 particles.     

结构助剂SiO2、Al2O3对铁基催化剂浆态床F-T合成性能的影响

采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了微球状Fe/Cu/K/SiO2和Fe/Cu/K/Al2O3催化剂，研究SiO2和Al2O3作为结构助剂对铁基催化剂吸附行为、炭化行为及F-T合成反应性能的影响。表征结果表明,与Al2O3相比较，SiO2抑制了H2的吸附，但促进了CO的吸附，有利于催化剂的炭化。催化剂在260℃、1.5MPa、H2/CO=0.67和2000h-1下的浆态床F-T合成反应评价表明，Fe/Cu/K/SiO2催化剂具有较高的F-T合成活性、高的水煤气变换反应（WGS）活性，且其烃产物选择性明显向高炭数方向偏移，而Fe/Cu/K/Al2O3催化剂则表现出较低的F-T合成活性、低的水煤气变换反应（WGS）活性和高的轻质烃选择性。但Fe/Cu/K/Al2O3催化剂比Fe/Cu/K/SiO2催化剂具有更好的运行稳定性。     

PEG1000-DIL/甲苯温控两相体系中硝基芳烃的还原反应

研究了PEG1000-DIL/甲苯温控体系中硝基芳烃的还原反应.考察了催化加氢、水合肼/FeCl3.6H2O和水合肼/Fe5HO8.4H2O等3种还原体系,发现水合肼/Fe5HO8.4H2O在PEG1000-DIL/甲苯温控体系中具有很高的催化活性,将其用于12种硝基芳烃的还原反应,产率最高可达99%.该催化体系重复使用3次后产率无明显变化,用于卤代硝基苯类化合物的还原可以有效防止脱卤副反应的发生.     

SBA-15负载氧化铁催化剂上乙酸选择加氢制乙醛

制备了一系列SBA-15负载α-Fe₂O₃催化剂.研究了负载量、预还原温度和反应温度对乙酸选择加氢制乙醛反应的活性和选择性的影响.负载催化剂上乙醛的最高产率达到42.7%,比纯α-Fe₂O₃催化剂的32.2%高.催化剂表面Fe₃O₄和Fe⁰共存对提高反应性能有利.该反应有可能遵循Mars-vanKrevelen机理.