甲烷氧化偶联:Mn2O3-Na2WO4/SiO2催化剂的金属氧化物MOx(M=Ti,Mg,Ga,Zr)改性及掺杂效应研究

甲烷 (页岩气、天然气、可燃冰和煤层气的主要成分) 是地球上储量巨大的优质能源和高品味的碳氢资源, 我国也拥有储量居全球前列的页岩气、可燃冰和煤层气. 虽然甲烷经由合成气可以间接转化为乙烯等产品, 但工艺流程长以及合成气造气高温、高能耗和高物耗也是不争的事实, 这在一定程度上降低了间接合成路线的竞争优势. 特别是, 甲烷的间接转化需要将本应部分保留于产品的 C-H 键全部打断生成合成气, 然后再在催化剂作用下重组得到烃类产品, 故而并不完美.因此, 甲烷的直接转化一直是科学家孜孜以求的理想路径, 甲烷氧化偶联制乙烯 (OCM 反应) 也再一次引起关注.目前, Mn2O3-Na2WO4/SiO2是最富有应用前景的催化剂, 但其适宜反应温度仍高达 800 ℃ 以上, 极大地制约了其工业化应用. 为提高其低温催化性能, 本文采用金属氧化物 MOx(TiO2, MgO, Ga2O3或 ZrO2) 对 Mn2O3-Na2WO4/SiO2催化剂进行了掺杂改性, 利用扫描电子显微镜、N2吸附-脱附等温曲线、X 射线衍射、拉曼光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱等手段对改性后的催化剂进行了系统表征. 结果表明, TiO2掺杂的 Mn2O3-Na2WO4/SiO2催化剂在 700 ℃(催化剂床层温度)下, CH4转化率可达 23%, 同时 C2-C3烃类选择性约为 73%, 且能够稳定运行 300 h 无失活迹象; MnTiO3的形成对提高OCM 反应的低温活性和选择性至关重要, 本质在于低温 (≤ 700 ℃) 化学循环"MnTiO3?Mn2O3"的形成替代了未改性催化剂的高温 (＞ 800 ℃) 化学循环"MnWO4?Mn2O3". 对于 MgO 改性的 Mn2O3-Na2WO4/SiO2催化剂, 其催化性能与未改性催化剂相当, 反应过程中 Mn2O3与 MgO 生成了新物相 Mg2MnO4; 虽然也形成了新的 MnWO4?Mg2MnO4氧化还原循环, 但是该循环与 MnWO4?Mn2O3循环类似, 需在高温下才可高效进行. 对于 Ga2O3或 ZrO2改性的催化剂, 其催化性能低于未改性催化剂, 原因在于反应过程中 Ga2O3或 ZrO2的引入促进了 MnWO4物相的生成并对其有稳定作用, 反应后的催化剂无论是体相还是表面都只能检测到 MnWO4, 推测认为α-方石英、Na2WO4和 Mn2O3的缺失是导致 Ga2O3或 ZrO2改性催化剂性能下降的主要原因.     

甲烷氧化偶联Mn_2O_3-Na_2WO_4/SiO_2催化剂——Ⅰ.表面分散状态和氧化物/担体相互作用

担载型Mn_2O_3-Na_2WO_4/SiO_2催化剂具有优异的甲烷氧化偶联制乙烯催化活性。在最佳反应条件下,甲烷转化率和C_2烃收率分别达到37.1％和23.9％;在1000 h连续操作后性能基本维持不变;并且由于它适于流化床操作,对这类强放热反应的工业化较为有利,本文报导用XRD、XPS和PASCA(化学分析正电子湮没谱)方法研究该催化剂活性组分Na_2WO_4和Mn_2O_3在SiO_2载体上的分散状态和氧化物/担体相互作用的结果。 催化剂由混浆法和浸渍法制备,并经750—850℃焙烧。系列配比的催化剂均经AAS分析证实体相组成。催化剂比表面积用Sorptmaeic—1822型比表面积测定仪测定(N_2吸附,     

甲烷氧化偶联Mn_2O_3-Na_2WO_4/SiO_2催化剂——Ⅱ.表面氧种和结构

本文用XPS详细考察了Mn_2O_3-Na_2WO_4/SiO-2催化剂的表面氧种,提出了该催化剂表面活性相在SiO_2表面分散的一种可能的表面结构模型。 实验部分详见另文,这里需要指出。所有催化剂样品在XPS分析前,均经在能谱仪预处理室(～10~(-3)Pa)和超高真空测试室(基础真空6.7×10~(-8)Pa)递次的450C和700C原位加热处理,以使在大气中吸附的水分和气体脱附。各元素的特征谱峰由联机计算机以多道模式同时录取(通能50eV),并累加1 h以获取高信噪比数据。Ols峰的解迭用联机计算机以高斯函数拟合,为考察该解迭结果的可靠性,曾对1.9wt％Mn_2O_3-5wt％Na_2WO_4/SiO_2催化利的     

甲烷氧化偶联Mn_2O_3-Na_2WO_4/SiO_2催化剂——Ⅲ.高温(700—800℃)XRD和XPS研究

在本工作的研究报导Ⅰ和Ⅱ(见本期477页和481页)中,已对Mn_2O_3-Na_2WO_4/SiO_2催化剂活性相的表面分散状态、表面氧种和表面结构进行了详细表征。但甲烷氧化偶联反应在高温(700—800℃)下进行。本文进一步对该催化剂在此反应高温下的XRD和XPS研究表明,其表面状态较室温下有显著变化,结合前文的室温下表征结果,使我们对高温反应条件下该催化剂组分间协同作用、表面活性氧种和活性位结构性质有了进一步的理解,并有可能对其甲烷催化活化机理进行较为深入的探讨。     

Li-Mn/WO_(3)/TiO_(2)固体酸催化剂的制备及其甲烷氧化偶联催化性能研究北大核心CSCD

Li-Mn/WO_(3)/TiO_(2)催化剂具有良好的低温OCM催化性能,采用浸渍法制备Li-Mn/WO_(3)/TiO_(2)催化剂,并详细考察WO_(3)对催化剂物理化学性质及催化性能的影响.利用X射线衍射(XRD)、CO_(2)程序升温脱附(CO_(2)-TPD)、O_(2)程序升温脱附(O_(2)-TPD)、H_(2)程序升温还原(H_(2)-TPR)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)等表征技术对催化剂进行了研究,发现WO_(3)的添加提高了C_(2)选择性,并有效抑制了深度氧化.XRD与CO_(2)-TPD结果表明,WO_(3)的添加不仅有利于金红石型TiO_(2)的形成而且能够中和催化剂表面的强碱位,从而抑制了深度氧化反应.O_(2)-TPD和H_(2)-TPR结果表明,WO_(3)的添加降低了晶格氧(O^(2-))移动性,进而提高了反应的C_(2)选择性.此外,WO_(3)的添加促使了低温氧化偶联活性物种MnTiO_(3)的形成并提高了活性物种的分散性,因此提高了催化剂甲烷氧化偶联的反应活性和选择性.所有Li-Mn/x%WO_(3)/TiO_(2)催化剂中,Li-Mn/5%WO_(3)/TiO_(2)催化剂显示出最佳的OCM反应性能.在750℃,CH_(4)∶O_(2)∶N_(2)=10∶4∶5,GHSV=2280 mL·g^(-1)·h^(-1)条件下,最高的C_(2)产物收率可达16.3%.     

OXIDATIVE COUPLING OF METHANE OVER Mn_2O_3-Na_2WO_4/SiO_2 CATALYST Ⅱ.KINETIC STUDY

The kinetics of methane oxidative coupling over Mn_2O_3-Na_2WO_4/SiO_2 catalyst has been studied. Kinetic study carried out under differentconditions gave fractional reaction orders and apparent activation enetgy formethane conversion of 243. 3 kJ/mol.The kinetic results are interpreted via areaction model condsting of Rideal-redox mechanism. Methyl radical andsurface oxygen are assumed as the steady-state intermediates. The constants,k_1, k_2, x and k_3~2/k_4 were obtained fot every temperature. The activity is relatedto k_1 and k_2, while the selectivity (C_2/C_1) is related to k_3~2/k_4.     

基于FeWO_x/SiO_2载氧体的甲烷化学链部分氧化反应（英文）

甲烷具有价格低廉且储量丰富的优点,因此将甲烷转化为合成气(一种H_2:CO为2的混合物),从而进一步合成有价值的化学品和液体燃料引起了人们的极大关注.化学链甲烷部分氧化(CLPOM)技术能避免甲烷与空气直接接触而引起爆炸的危险,可以降低后续对合成气与氮气分离操作所带来的费用,因此日益受到关注.CLOPM过程主要分为两步:第一步,CH_4被载氧体所携带的氧部分氧化,载氧体被还原;第二步,利用氧化剂(例如空气)将被还原的载氧体再氧化恢复.因此,载氧体在CLOPM过程中起到至关重要的作用.载氧体的选择主要存在两个问题:(1)甲烷被活化所产生含碳产物的能力与晶格氧的给氧能力不匹配所带来的严重碳沉积;(2)金属离子间扩散速率不匹配而造成载氧体在氧化还原过程中结构的不可逆变化.基于上述两个问题,本文设计了FeWO_x/SiO_2载氧体用于CLPOM.与未改性的WO_3/SiO_2载氧体相比,甲烷的转化率和合成气的收率都有显著提高.FeWO_x/SiO_2在900°C、1 atm反应条件下表现出62%的甲烷转化率、93%的CO气相选择性、94%的H_2选择性和2.4的H_2/CO比值,同时在50个循环中表现出优异的催化活性和稳定性.本工作利用CH_4脉冲反应研究了FeWO_x/SiO_2的甲烷表面反应过程;采用CH_4-TPR和H_2-TPR相结合探究了甲烷活化速率与晶格氧扩散速率之间的关系;通过XPS和XRD对FeWO_x/SiO_2在氧化还原过程中的结构稳定性进行了探讨.综合上述实验结果,对FeWO_x/SiO_2应用于CLPOM的反应机理进行了阐述.H_2-TPR结果表明,在FeWO_x/SiO_2中,相较于Fe_2O_3/SiO_2,Fe-O的活性受到抑制,使其更倾向于与甲烷发生部分氧化反应;相较于WO_3/SiO_2,W-O的活性得到明显提升,因此更多的晶格氧可以参与到部分氧化反应中来氧化积碳,从而使合成气收率大幅度提升.从CH_4-TPR结果可以看出,对于FeWO_x/SiO_2,CO与H_2的生成温度最接近,意味着晶格氧的传输速率较快并且能够与甲烷活化产生含碳中间物种的速率相匹配,将其及时氧化生成CO,避免由于积碳造成的催化剂失活.结合XPS和XRD结果可以得出,在甲烷还原过程中,FeWO_x经历一步还原形成Fe-W合金,由于其间存在强相互作用,因而抑制了还原过程中催化剂相分离现象的发生.同时,根据铁钨离子在空气条件下扩散速率的公式计算可以得出,其相近的离子氧化速率也保证了在氧化过程中催化剂结构的稳定性.本工作为进一步构建用于甲烷化学链部分氧化制合成气的复合金属氧化物载氧体提供了研究思路.     

甲烷在W-Mn体系催化剂上氧化偶联制乙烯

本文报导了w-Mn体系催化剂的甲烷氧化偶联反应性能,详细考察了反应条件对1.9wt％Mn—5wt％Na_2WO_4/SiO_2(W—34)催化剂反应性能的影响,并用XRD、BET、EPR、UV-DRS等方法对该催化剂进行了表征。结果表明,该催化剂具有较好的甲烷氧化偶联反应性能,在T=800C,甲烷空速=36,000ml·g~(-1)·h~(-1),CH_4:O_2:N_2=3:1:2.6的最佳实验条件下,其甲烷转化率为36.8％,C_2烃收率达到23.9％;研究还表明,C_2H_6,CO_2是CH_1氧化的一次产物,C_2H_4主要由C_2H_6脱氢而来,而CO则可能主要来源于C_2烃的表面深度氧化,催化剂的结构研究表明,在该催化剂中,w是以Na_2WO_4形式存在,Mn则以Mn_2O_3形式存在,而SiO_2已由无定型结构转变成u-方石英;W、Mn、Si之间没有形成新的化合物。     

WO_3增强RuO_2/ZrO_2表面酸性及其NH_3选择性催化氧化性能研究

以氨的选择性催化氧化为主要研究对象,设计制备了RuO_2/ZrO_2催化剂和一系列不同含量WO_3改性的RuO_2/ZrO_2催化剂。其中,RuO_2/ZrO_2催化剂显示出优异的催化活性和较差的N_2选择性。引入5%或10%的WO_3之后RuO_2/ZrO_2催化剂的活性不变,但是高温N_2选择性显著提高,HN_3在225℃实现完全转化。然而,当WO_3的含量上升至15%和20%时,RuO_2/ZrO_2催化剂的催化活性稍微有所下降,且相比于RuO_2/10%WO_3-ZrO_2、RuO_215%WO_3-ZrO_2和RuO_2/20%WO_3-ZrO_2催化剂的高温氮气选择性也没有进一步提升,因此,可以判断WO_3的最佳含量为10%。此外,通过BET分析发现,WO_3的加入能够改变催化剂的微观结构,对应的比表面积随着WO_3含量的增加而增大。通过XRD、H_2-TPR和XPS表征可知,WO_3的引入能够改变ZrO_2的晶型结构,使催化剂的稳定性增加,通过原位红外分析可知,WO_3的引入使催化剂的表面酸性位点增加,较多的表面酸性位点有利于氨物种的吸附,能够抑制氨与氧气发生快速反应,避免形成较多副产物,是氮气选择性提高的关键所在。     

SiO2—Al2O3和MgO催化剂上吸附CH3NO2的TPD和IR研究

用TPD和IR方法研究了CH_3NO_2在典型固体酸SiO_2-Al_2O_3和固体碱MgO催化剂上的吸附分解。结果表明,在SiO_2-Al_2O_3表面CH_3NO_2吸附转化为表面甲酰胺物种,后者在高温下分解为CO_2和NH_3。在MgO表面CH_3NO_2吸附形成多种表面化学物种,它们在升温过程中脱附,并通过表面亚硝基甲烷物种分解为NO、C_2H_4、C_2H_6和N_2O.讨论了CH_3NO_2分解过程中表面酸、碱中心的作用。     

新型固体酸SO_4~(2-)/B_2O_3/ZrO_2的制备及其催化酯化反应性能研究

通过加载B_2O_3改性制备了新型固体酸SO_4~(2-)/B_2O_3/ZrO_2,利用XRD、FT-IR、BET和XPS对其进行了表征,并研究了它们对丙酸酯化反应的催化性能。系统考察了反应时间,催化剂用量和甲醇-丙酸的摩尔比对催化效果的影响,并对催化剂的重复使用性进行了研究。在较佳工艺条件:甲醇/丙酸摩尔比为20∶1、催化剂与反应物的质量比为2.8wt%、反应温度60℃、反应时间4h,丙酸转化率达94.99%。通过与未改性的SO_4~(2-)/ZrO_2比较,发现SO_4~(2-)/B_2O_3/ZrO_2具有比SO_4~(2-)/ZrO_2更大的比表面积、孔容,更高的活性,更好的重复利用性和更高的TOF值。     

溶胶-凝胶法制备复合M_xO_(y-)TiO_2光催化剂

以无机盐 TiCl4为原料制备 TiO_2溶胶 ,并利用溶胶胶粒修饰法制备 SiO_2-TiO_2、 ZrO_2-TiO_2、 WO_3-TiO3、 MoO3-TiO_2及 Pt/TiO_2光催化剂 ,用于光催化氧化甲醛反应 ,考察添加物对催化剂光催化性能的影响 .其中 ,SiO_2-TiO_2催化剂的光催化氧化降解甲醛性能最好 ,而 MoO_3-TiO_2的催化性能最差 .SiO_2-TiO_2催化剂优良的光催化性能可归于 SiO_2-TiO_2催化剂的高比表面积 ,高空隙率 ,小晶粒粒径和强吸光性能等性质的综合影响 .     

掺杂物对负载型ZrO_2/Al_2O_3的催化性能的影响

用浸渍-沉淀法分别制备了负载型ZrO_2/Al_2O_3和ZrO_2-(MgO、 K2O、 CeO_2、La_2O_3)/Al_2O_3催化剂. 用XRD、 BET、 TPD对催化剂的晶相结构、比表面积、孔径分布、表面酸碱性等进行了表征;同时以CO_2和CH_3OH为探针用原位红外对催化剂的吸附行为进行研究. 结果表明, 掺杂氧化物有效的阻止ZrO_2晶粒的团聚, 并提高了催化剂的比表面积和平均孔径;CeO_2的添加有利于碱性中心数的增多, La_2O_3有利于酸性中心数的提高. 原位红外结果表明CH_3OH能在ZrO_2-(CeO_2、 La_2O_3)/Al_2O_3催化剂表面发生解离吸附, 而CO_2在催化剂表面均出现单齿态吸附. CO_2和CH_3OH在常压下直接合成碳酸二甲酯(DMC)反应中ZrO_2-(CeO_2、 La_2O_3)/Al_2O_3催化剂表现出较好的催化活性和选择性.     

MgO助剂对甲烷部分氧化Ni/Al2O3催化剂结构和性能的影响

采用分步浸渍法制备了MgO改性的Ni/Al2O3催化剂，采用BET、XRD、H2 TPR、TEM和活性评价等研究方法，考察了MgO助剂对Ni/Al2O3催化剂物化性质和甲烷部分氧化制合成气反应性能的影响。实验结果表明，MgO助剂提高了催化剂镍物种的均一性，抑制了NiAl2O4尖晶石的形成，并且增强了镍物种与载体的相互作用，这与MgO、NiO形成固溶体及与Al2O3形成MgAl2O4有关。同时，适量的MgO助剂可以提高Ni物种在催化剂中分散度，并提高其有效利用率，改性后的催化剂在甲烷部分氧化反应中显示出较好的反应性能。过量的MgO助剂对催化剂的反应性能产生负面影响，MgO的碱性可以促进逆水煤气变换反应，从而导致H2选择性降低和CO选择性提高。     

Co/Al_2O_3-SiO_2催化剂的F-T反应性能的研究

通过浸渍法制备不同含量SiO_2改性的Co/Al_2O_3催化剂,结合N2吸附-脱附、XRD、H2-TPR、XPS等表征手段,研究SiO_2助剂对钴基催化剂物相结构、还原行为及F-T合成性能的影响。结果表明,适量的SiO_2改性后,有效地减弱了载体与活性组分钴之间的相互作用,显著地提高了催化剂的还原度和催化活性。但继续增加SiO_2的含量,催化剂的还原度继续提高,分散度同时下降32%,与未改性之前相比,催化剂的活性基本没有改变。     

甲烷氧化偶联制乙烯Li—ZrO2,Li—La2O3催化剂的研究

研究了添加Li的La_2O_3和ZrO_2两种催化剂对甲烷氧化偶联催化性能的影响,并用XRD,LRS和XPS等方法对催化剂进行了表征。结果表明,Li~+的加入提高了催化剂的C_2选择性,但两类催化剂上Li~+的添加作用机制不同。La_2O_2加入Li~+达40mol％时,样品可获得34.4％的甲烷转化率和60.4％的C_2选择性。Li~+在La_2O_3表面分散,表面O/(Li+La)比随Li~+添加量增加而下降。催化剂对C_2选择性的提高可能是因为Li~+覆盖了La_2O_3表面部分完全氧化中心所致。ZrO_2中添加Li~+有Li_2ZrO_3生成,75mol％Li-ZrO_2仅检测到Li_2ZrO_3晶相,该样品可得34％甲烷转化率和63％C_2选择性。样品的XRD及XPS研究表明,随Li~+加入量增加,表面Li/Zr比接近2:1,没有Li的富集,样品表面存在两种氧物种,其O_1s结合能分别为530.3和531.9eV。对75mol％Li—ZrO_2样品,后者占95％,该表面氧物种可能与C_2选择性提高有关。     

抗烧结Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂的制备和表征及其甲烷部分氧化制合成气性能

以乙酰丙酮铑(Rh(acac)_3)和乙酰丙酮钐(Sm(acac)_3)为前驱体,用浸渍法制备了Rh/SiO_2和Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂。采用原位红外光谱、热重分析、低温N_2吸附、X射线粉末衍射、高分辨透射电子显微镜、H_2-程序升温还原和X射线光电子能谱等实验技术对催化剂的制备过程,比表面积和物相以及Rh与Sm_2O_3间的相互作用进行了表征,并以甲烷部分氧化制合成气为目标反应对催化剂的稳定性进行了考察。研究表明:以Rh(acac)_3和Sm(acac)_3为前驱体采用简单的浸渍法即可制备出Rh平均粒径为2.3 nm且具有良好抗烧结性能的Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂。在浸渍过程中乙酰丙酮化合物通过与SiO_2表面羟基形成氢键而负载于载体表面。Sm(acac)_3在SiO_2表面的单层负载量(质量分数)约为31%,对应于Sm_2O_3的质量分数约为15%,只要Sm(acac)_3的质量分数低于这一阈值,均可保证分解后生成的Sm_2O_3以高分散形式负载于SiO_2上,且不会因高温(800°C)焙烧而团聚。高分散于SiO_2表面的Sm_2O_3与Rh之间存在强的相互作用,可显著提高Rh的分散度,防止其在高温反应条件下烧结,进而使低Rh负载量的催化剂表现出良好的甲烷部分氧化制合成气反应活性和稳定性。     

纳米碱土金属钛酸盐对MnO_2电极电化学行为的影响

采用溶胶-凝胶法制得钙钛矿型MTiO_3(M=Mg,Ca,Sr,Ba)纳米粉体，并将所得纳 米MTiO_3用于40%KOH电解液中MnO_2电极的物理改性。恒流放电测试结果表明，掺 杂5%的纳米MTiO_3能部分抑制MnO_2电极第二步放电过程中电化学惰性物质 Mn_3O_4的生成，可使MnO_2电极放电提高40%以上；改性电极的可充性能也得到一 定的改善。循环伏安测试表明，在充放电过程中，纳米MTiO_3只是填充到MnO_2空 隙中，并未参与电极反应；纳米MTiO_3的掺入改善了电极的传质和传荷环境，增大 了改性电极的氧化还原电流，提高了电活性物质的利用率；但经多次循环充放，纳 米MTiO_3不能有效地阻止MnO_2的结构崩溃，只能有限地延缓其容量的衰减速度。     

V_2O_5-WO_3/TiO_2-ZrO_2脱硝催化剂中ZrO_2和WO_3的促进作用:催化性能、形态及反应机理（英文）

商业选择性催化还原(SCR)催化剂成分主要有V_2O_5,WO_3和TiO_2,但适用温度窗口较窄(300-400℃),使得实际操作过程中活性较低.目前,过渡金属广泛应用于催化剂制备中以提高其催化活性.相比于纯TiO_2和ZrO_2载体,TiO_2-ZrO_2具有较高的热稳定性以及较多的酸位,虽然有关TiO_2-ZrO_2为载体的催化剂研究较多,但未与商业催化剂进行对比研究.而针对NH_3-SCR脱硝机理的实验研究也存在一些争议,主要原因归为以下两方面:(1)多数催化剂不同会直接导致催化剂的活性酸位不同;(2)不同NH_3-SCR脱硝催化剂的起活温度不同.同时,NH_3和NO在反应温度的吸附情况仍需要进一步研究.因此,有必要深入探究NH_3-SCR脱硝机理,以解决现行研究中存在的问题.本文首先采用共沉淀法制备摩尔比为1:1的TiO_2-ZrO_2固溶体,并分步浸渍不同质量比的WO_3和1%V_2O_5,最终得到一系列1%V_2O_5-x%WO_3/TiO_2-ZrO_2.然后通过X射线衍射(XRD)和比表面积测试(BET)、程序升温还原(TPR)、原位漫反射红外光谱(in situ DRIFTS)研究了WO_3和ZrO_2对催化性能的影响以及V_2O_5-WO_3/TiO_2-ZrO_2催化剂的反应机理.N2物理吸附结果表明,WO_3的添加使得催化剂孔结构的热稳定性有所提高,同时随着WO_3含量增加催化剂的比表面积逐渐减小,但仍高于V_2O_5/TiO_2-ZrO_2催化剂;ZrO_2对催化剂比表面积增大效果比较明显.结合XRD结果表明,WO_3能促进金属氧化物在载体上的分散;相比于V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂,ZrO_2有利于活性组分的分散负载.比较系列V_2O_5-x%WO_3/TiO_2-ZrO_2的氨吸附情况,发现WO_3的添加增加了Br?nsted酸的稳定性,其中以9%WO_3的效果最显著.催化剂氨吸附中间物种(–NH_2)的发现,证实了WO_3添加促进了NH_3的活化,有利于脱硝反应的进行.SCR反应结果显示,V_2O_5-9%WO_3/TiO_2-ZrO_2催化剂在300–450 ℃时NO_x转化效率最优,并发现O_2的存在促进了NO_x的转化.采用in situ DRIFTS研究了V_2O_5-x%WO_3/TiO_2-ZrO_2催化剂脱硝机理,300和350 ℃时NH_3,NO,NO+O_2吸附情况表明,在真实的反应温度下,脱硝过程中的活性中心为Lewis酸中心,Br?nsted酸中心的NH4+极易从催化剂表面脱附,无法吸附在催化剂表面,且与NH_3相比,NO只能以NO_2的形式弱吸附在催化剂表面.因此,该催化剂遵循Eley-Ridel脱硝机理.而V_2O_5-9%WO_3/TiO_2-ZrO_2催化剂具有相对较高的脱硝效率,因此用来着重研究NH_3-SCR机理.在NH_3吸附过程中,NH_3(1204,1602,3156,3264,3347 cm~(-1))和活性中产物NH_2(1550 cm~(-1))在催化剂表面的吸附(恒温300 ℃)是稳定的;随后通入NO+O2时,NH_3吸附过程中的所有吸收峰(包括NH_2)均逐渐减小(NH_3吸附态与NO结合后分解为N_2和H_2O),同时出现H_2O的振动峰,这证明了V_2O_5-x%WO_3/TiO_2-ZrO_2催化剂的脱硝反应过程.各类气体吸附情况表明,NO在商业催化剂的吸附状态与V_2O_5-x%WO_3/TiO_2-ZrO_2催化剂相同;但NH_3吸附结果表明,Br?nsted酸中心和Lewis酸中心都是催化剂的活性中心;NO+O_2的通入使得催化剂表面的NH_3和NH~(4+)都逐渐消失.这两种催化剂脱硝反应过程差异主要在于催化剂表面活性中心的不同,导致了不同的NO_x脱除路径.通过in situ DRIFTS比较O_2的存在对脱硝反应产生的不同影响来确定O_2的作用.两类催化剂上O_2均参与了H_2O的形成,促进了催化反应的完成;当O_2不存在时,NO的还原受到了极大地抑制,同时也未出现H_2O;两者的脱硝效率大大降低.H_2-TPR和NH_3-TPR结果进一步证实O_2的作用主要是氧化NO及参与催化过程H_2O的形成.     

镁改性HZSM-5对Cu-ZnO-Al2O3/HZSM-5催化合成气直接制二甲醚反应的影响

 采用浸渍法制备了一系列MgO改性的HZSM-5分子筛,并以MgO/HZSM-5为甲醇脱水催化剂与Cu-ZnO-Al2O3甲醇合成催化剂组成双功能催化剂,在连续流动加压固定床反应器上考察了其对合成气直接制二甲醚反应的催化性能. 结果表明,以适量MgO改性的HZSM-5分子筛组成的双功能催化剂上,二甲醚选择性可高达64.8%,CO2和烃类副产物的选择性分别为30.2%和0.4%; 由未改性的HZSM-5分子筛组成的双功能催化剂上,二甲醚选择性仅为49.1%,CO2和烃类副产物的选择性则分别高达37.1%和9.3%. 当MgO含量过高时,则CO转化率和二甲醚选择性均降低. 根据实验结果,提出了甲醇在MgO/HZSM-5上脱水的反应机理.