流化床甲烷部分氧化制合成气Ni催化剂及助剂La的作用

在流化床中,考察了不同Ni担载量的Ni/γ-Al2O3催化剂对POM反应的催化性能,以8％Ni最佳,TPR结果表明。催化剂表面主要有两种化学状态的NiO。当镍担载量≤2％时,催化剂表面 仅存在一种高温下才能被还原的NiO,在Ni催化剂中添加La,可削弱NiO与载体间的相互作用,并且可减缓在CH4＋O2气氛下升温过程中NiO与载体发生强相互作用 生成NiAl2O4,因此添加La的Ni催化剂在750℃就能引发甲烷部分氧化（POM）反应,且反应引发后可获得与经700℃H2还原后的Ni^0催化剂相同的反应性能。     

甲烷催化部分氧化制合成气的反应机理

借助脉冲反应、质谱-程序升温表面反应（MS-TPSR）等技术研究了Ni／α-Al2O3催化剂上甲烷催化部分氧化制合成气（POM）的反应机理．结果表明,NiO上CH4不能解离产生H2只有当NiO被CH4还原为Ni0后,CH4才能解高产生H2,Ni0是CH4活化和POM反应的活性相;POM反应机理遵循直接氧化机理,CH4和O2均在Ni0上活化,活化过程形成的Ni…C和Niδ…Oδ物种是反应历程中的关键物种,Niδ …Oδ物种高选择性地与CH4解离产生的碳物种Ni…C反应生成CO．     

添加贵金属的Ni/α-Al2O3催化剂甲烷部分氧化制合成气的研究

甲烷部分氧化制合成气因其高空速、高转化率、低H2/CO比而引起人们的重视[1～5].本文研究了在Ni/α-Al2O3催化剂中添加的Rh、Ru、Pt和Pd等贵金属在甲烷部分氧化制合成气反应中的催化作用,重点研究了添加Pt对Ni/α-Al2O3催化剂反应性能的影响.     

Pt，Pd助剂对Ni基催化剂中Ni的分散度及抗积碳性能的影响

研究了添加少量贵金属(Pt,Pd)的Ni/Al2O3催化剂对甲烷水蒸汽重整反应抗积碳能力和催化性能的影响.催化活性实验表明,添加少量Pt的样品显著提高了Ni/Al2O3催化剂的活性,稳定性,抗积碳和抗氧化能力,而添加Pd的样品对Ni/Al2O3催化剂的催化性能提高并不明显.利用氢气程序升温还原(H2-TPR),X射线晶体衍射(XRD),热重-差热分析(TG-DTA)等手段对反应前后的催化剂进行了表征,研究发现在Ni-Pt/Al2O3催化剂中Ni与Pt之间存在较强的相互作用力,在主要由Ni覆盖的表面形成了Ni-Pt双金属簇,提高了Ni的分散度,在催化剂的表面易于形成较小的Ni颗粒,抑制了Ni的烧结,改善了Ni基催化剂的抗积碳能力;贵金属Pt通过H2的溢流效应促进了Ni的还原,抑制了催化剂的氧化.而在Ni-Pd/Al2O3中,Ni和Pd存在着一定的偏析效应,不能有效的形成Ni-Pd双金属簇,在还原过程中分别被还原.     

Ni/Al2O3催化剂表面状态对CH4氧化反应的影响

采用瞬变响应技术研究了常压700℃条件下气相O2、Ni/Al2O3催化剂表面上可逆吸附氧物种及催化剂的表面状态对CH4吸附、反应以及CH4部分氧化反应的影响,同时也对CH4部分氧化制合成气反应过程中催化剂表面所处的状态进行了研究.结果表明,如果催化剂表面处于氧化态,CH4不能吸附分解,只能通过RidealEley机理与催化剂表面的吸附氧进行非选择性氧化反应,这将严重影响CH4的转化和目的产物H2、CO的选择性.只有在还原的催化剂上,CH4部分氧化制合成气反应才能高转化、高选择性地进行.在CH4部分氧化制合成气反应过程中,催化剂表面处于还原态,不存在多余的中间氧物种NiO,但存在少量的碳物种,这有利于保持催化剂的还原态和抑制CO2的生成.     

整体式Pt基催化剂上CH4选择性催化还原NO的研究

以La-Al2O3(La稳定的γ-Al2O3)、Ce0.63Zr0.37O2(OSM1)及Ce0.5Zr0.3Mn0.2O2(OSM2)为载体, Pt为活性组分, 制备了Pt质量分数为1%的整体式催化剂. 研究了不同载体负载的催化剂对CH4选择催化还原NO反应的性能, 并利用XRD、H2-TPR和XPS对催化剂进行了表征. 结果表明, Pt/OSM1和Pt/OSM2催化剂在氧含量为0.8%时对CH4催化还原NO具有优异的净化性能, Pt/OSM1催化剂上500 ℃时, CH4和NO均达到100%转化; Pt/OSM2催化剂上500 ℃时, CH4和NO的转化率分别达到73%和100%; 而 Pt/ La-Al2O3催化剂只在O2含量较低时(0.4%以下)具有较好活性, 500 ℃以上才可使CH4和NO完全转化. H2-TPR结果表明, Pt与OSM1和OSM2存在的相互作用导致低温还原物相生成. Pt与OSM的相互作用及OSM的储氧性能使催化剂在过量氧存在下对CH4催化还原NO具有优异性能.     

Ni／Al2O3催化剂上CH4发氧化制合成气反应积炭的原因

采用程序升温在线质谱分析方法，研究了常太条件下CH4在Ni/Al2O3催化剂上分解所形成的碳物种，发现CH4分解形成的NixC会首先转化成不与CO2反应，但在700℃左右可与O2反应的碳；这种碳再向需在800℃才能与O2反应的石墨碳转化，在较低的温度下，NixC向石墨碳转化的速度较慢，而在高温条件下转化速度大大加快，在700℃下，Ni/Al2O3催化剂上的CH4部分氧化制合成气反应生成的积炭主要为石墨碳，是由CH4分解形成的NixC转化而成的，在催化剂中添加适当的助剂，可提高NixC与氧的反应活性，抑制其向石墨碳转化，是改善催化剂抗积碳性能的有效途径。     

稀土等碱性助剂对甲烷部分氧化制合成气整体式Ni/γ-Al2O3催化剂性能的影响

制备了整体式Ni/γ-Al2O3和添加稀土等碱性助剂的整体式Ni/γ-Al2O3催化剂. 研究了温度、烷氧比、空速和助剂等因素对甲烷部分氧化反应性能的影响,并利用XRD和TPR对催化剂进行了表征. 结果表明,催化剂活性随着温度的升高而增加;CH4转化率随着烷氧比的增加而降低;当空速为1×105 h-1时,整体式催化剂的催化性能最佳. 添加碱性助剂Ce,La,Na,Sr均有利于改善催化剂的还原性能,提高催化剂的活性. 其中添加稀土Ce,La可使副反应CH4+2 O2→CO2+2H2O 完全被抑制,从而使H2选择性达到100%.     

二甲醚部分氧化重整制氢中的部分氧化催化剂的考察

采用浸渍法制备了一系列负载型贵金属催化剂,与Ni/Al2O3构成双床层催化剂,在连续流动固定床反应器中,进行了二甲醚(DME)部分氧化重整制氢的研究,系统地考察了贵金属类型及其负载量、载体以及还原温度与反应温度的影响.结果表明,Pd/Al2O3催化性能不及Pt/Al2O3和Rh/Al2O3,而Pt/Al2O3和Rh/Al2O3催化性能相当,考虑到价格因素,选择了Pt/Al2O3作为本反应催化剂.对Pt负载量的考察表明,0.5%Pt/Al2O3催化性能最佳,且Al2O3又比MgO和ZrO2更适合作载体.通过对工艺条件的考察,确定适当的还原温度与反应温度均为700℃.在上述最佳催化剂与反应条件下,DME转化率保持在100%,H2收率可达80%.     

负载型Au(Pt)/Co3O4催化剂上H2与CO的共氧化行为

用共沉淀法制备了Au/Co3O4,Pt/Co3O4及Au-Pt/Co3O4催化剂,并考察了其对H2与CO在O2过量情况下完全共氧化的催化作用. 结果表明,在三种催化剂上H2与CO之间都存在复杂且各不相同的相互作用. 与Pt/Co3O4催化剂上不同,在Au/Co3O4和Au-Pt/Co3O4催化剂上H2严重抑制CO的氧化. 同时,Au-Pt/Co3O4催化剂上H2与CO能够在较低的温度(76 ℃)下有效地实现完全共氧化. TPR结果表明,与Pt/Co3O4催化剂相比,Au-Pt/Co3O4催化剂上Au的存在使Pt的还原峰消失.     

焙烧温度对NiO/δ-Al2O3催化剂性能的影响

应用ＸＲＤ,ＴＰＲ,Ｈ２－ＴＰＤ技术研究焙烧温度对ＮｉＯ／δ－Ａｌ２Ｏ３催化剂性能的影响。结果表明,随着焙烧温度的增高,ＮｉＯ与载体Ａｌ２Ｏ３之间相互作用逐渐增强,直至最后生成ＮｉＡｌ２Ｏ４尖晶石。同时表明,随着焙烧温度的提高,催化剂的还原温度明显增高。另外,ＴＰＲ结果还表明ＮｉＡｌ２Ｏ４仅仅是与载体发生强相互作用的那部分ＮｉＯ进一步进入Ａｌ２Ｏ３晶格的结果,而游离态的ＮｉＯ不参与形成ＮｉＡｌ２Ｏ     

Ni催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应性能与碳物种的关系

In the partial oxidation of methane (POM) to syngas, carbon deposition on the catalyst causing catalyst deactivation or reactor plugging was reported[1～3]. Our previous work showed that methane dissociation on metallic sites to H2 and NixC is an initial step of POM over Ni/Al2O3[4]. If NixC can not be consumed immediately after its formation, it has a tendency to dissolve into the nickel crystal to form carbon whiskers. The bulk carbon and carbon whiskers are more difficult to be oxidized than NixC. Therefore, prohibiting the transformation of NixC to bulk carbon and carbon whiskers can depress the formation of carbon deposition effectively.     

EFFECTS OF ALKALI AND RARE EATTH METAL OXIDES ON THE THERMAL STABILITY AND THE CARBON DEPOSITION OVER A NiO/Al_2O_3 CATALYST

采用固定床流动反应装置、ＣＯ吸附、ＴＧ、ＴＰＯ、ＸＰＳ和ＸＲＤ等手段考察了ＮｉＯ／Ａｌ２Ｏ３和ＬｉＮｉＬａＯ／Ａｌ２Ｏ３催化剂上的甲烷部分氧化反应。实验结果表明，ＬｉＮｉＬａＯ／Ａｌ２Ｏ３对甲烷部分氧化反应具有较高的反应活性。锂和镧的添加不仅改善了活性组分镍的分散度，而且提高了ＮｉＯ／Ａｌ２Ｏ３的抗积碳能力和热稳定性     

Effect of CeO2 and CaO Promoters on Ignition Performance for Partial Oxidation of Methane over Ni/MgO-Al2O3 Catalyst

The effect of CeO2 and CaO promoters on the ignition performance over Ni/MgO-Al2O3 catalyst for the partial oxidation of methane （POM） to synthesis gas was investigated. It was found that the POM reaction could not be ignited over lwt%Ni/MgO-Al2O3 catalyst without the promoters in the temperature range from 773 K to 1073 K. CeO2 and CaO promoters enhanced the ignition performance and the POM reactivity of lwt%Ni/MgO-Al2O3 catalyst remarkably. Moreover, the improving effect became greater with the increase of the promoter content under the investigated reactiorrconditions. The modification effects of CeO2 and CaO promoters were closely related to the concentration and reducibility of the surface and bulk oxygen species.     

Effects of surface states over core-shell Ni@SiO_2 catalysts on catalytic partial oxidation of methane to synthesis gas

In the present work, core-shell Ni@Si O2 catalysts were investigated in order to evaluate the relevance of catalytic activity and surface states of Ni core as well as Ni nanoparticles size to catalytic partial oxidation of methane(POM). The catalysts were characterized by N2 adsorption,H2-TPR, XRD, TEM and XPS techniques. The catalytic performance of the core-shell catalysts was found to be dependent on the surface states of catalyst, which influenced the formation of products. It was considered that carbon dioxide formed on the oxidized nickel sites(Ni O)and carbon monoxide produced on the reduced sites(Ni). The surface states of active metal in the dynamic were influenced both by the size of Ni core and the porosity of silica shell. However, the catalytic activity would be debased when the size of Ni core was under a certain extent,which can be ascribed to the fact the carbon deposition increased with the increasing content of Ni O. The effects of surface states of Ni@Si O2 catalyst on the catalytic performance were discussed and the reaction pathway over Ni core encapsulated inside silica shell was proposed.     

Ni/SiO_2在甲烷部分氧化反应中的稳定性:W修饰的影响

甲烷部分氧化制合成气反应(POM)是天然气、页岩气资源利用的重要途径之一,常用的Ni/SiO2催化剂在反应中易发生表面积炭而失活。为了解决这一问题,我们采用尿素沉淀法制备W修饰的Ni基催化剂,并考察其在POM反应中的稳定性和W的作用。结果表明,催化剂中适量W的存在可显著改善其POM反应稳定性。其原因为Ni-W作用修饰了Ni的化学态或其亲氧能力,从而改善了其表面抗积炭能力。此外,反应中催化剂表面形成的α-WC具有一定的抑制表面积炭形成的能力,且该α-WC具有良好的稳定性。     

Ni的化学态对甲烷部分氧化反应机理的影响: 能学分析

采用键指数归一-平方势(UBI-QEP)法对不同化学态Ni上甲烷部分氧化反应中各可能基元步骤进行了能学计算研究. 结果表明, 反应的速度控制步骤与金属Ni的化学态有关. 还原态Ni上CO形成的反应速度控制步骤为表面上CH₃与O物种间的缔合, 而带部分正电荷的Ni上CO形成的反应速度控制步骤则为甲烷氧助解离形成表面CH_xO物种. 还原态和带部分正电荷的Ni中心在表面上共存时, 反应的速度控制步骤将取决于表面CH₃形成与表面CH₃、O物种缔合两反应间的竞争, 其竞争的强弱涉及Ni的化学态. 此外, 反应活性中心向正电荷的Ni转化时, 会导致表面C和O及H和H物种缔合的活化能显著降低, 有利于CO、H₂的形成, 而表面CHx物种解离则变得不容易, 表面积炭受到明显的抑制.     

新型锂离子电池三维结构泡沫NiO电极的制备及电化学性能

通过固相氧化方法,以三维结构泡沫镍为基体和金属镍源,制备了三维结构泡沫氧化镍负极。XRD和SEM结果表明,经500℃氧化处理,泡沫镍基体上形成了NiO微米级的致密活性氧化层。通过充放电测试和循环伏安测试研究了电极的电化学性能,结果表明,三维结构泡沫氧化镍在放电电位区间0.05～3.2VvsLi/Li+,0.2C倍率下充放电,初始容量损失为20%,且经40次循环后,质量比容量为950mAh·g-1,三维泡沫氧化镍电极具有优异的循环容量保持性能。三维泡沫氧化镍具有的大的活性表面积,降低了界面反应的极化,从而提高了NiO电极的倍率放电性能。