特定碱性MgO纳米晶暴露晶面上铁基催化剂及其费-托合成反应的研究（英文）

本研究采用等量浸渍法、化学沉淀法和超声浸渍法合成了一系列具有良好外露晶面的Fe/MgO催化剂。采用X射线粉末衍射、高分辨透射电子显微镜、CO2程序升温脱附、H_2程序升温还原、X射线光谱学和N_2物理吸附等物理化学方法对催化剂进行了表征。MgO纳米晶载体的碱性会影响费-托合成产物的选择性。在超声浸渍过程中,MgO纳米晶载体的碱性得到了保持。研究结果显示,Fe/MgO催化剂的碱性会提高CO解离速率和产物中烯烃的选择性。此外,相比于MgO(100)晶面,MgO(111)晶面负载铁基催化剂具有更高的活性(TOF)和烯烃选择性。MgO(111)晶面上更有利于CO的吸附,抑制二次加氢反应,提高产物中烯烃的收率。     

不同MgO载体对合成低碳烯烃用铁锰基催化剂的影响

采用共沉淀法、硝酸盐热分解法制备的MgO和商品MgO为载体,使用共浸渍法制备了系列FeMn/MgO催化剂,以CO加氢合成低碳烯烃为模型反应,对不同催化剂的反应性能进行了考察,采用X射线光电子能谱、N2物理吸附、X射线物相分析、程序升温还原等表征技术对催化剂的结构和性能进行了表征。结果表明,采用共沉淀法制备的MgO载体比表面积最大,达到203.5m²/g,以此为载体制备的催化剂取得了最优的CO加氢合成低碳烯烃性能。在340℃、2.0MPa、1600h^-1的反应条件下,CO转化率达到91.36%,C₂⁼～C₄⁼选择性为58.48%。催化剂的比表面积大,活性组分分布均匀且在表面含量高及低温还原性能的明显改善是其具有优异的催化性能的重要原因。     

改性SiO2对铁基催化剂H2、CO吸附及加氢性能的影响

采用溶胶凝胶方法通过掺杂修饰剂M（M=Mn、Zn、Zr、Sr）制备出改性SiO₂载体,再用浸渍法将Fe元素负载于该载体上制成系列催化剂。采用X射线衍射（XRD）、氮气物理吸附-脱附、X射线光电子能谱（XPS）等手段表征了催化剂的织构性质、晶相组成和电子性质。利用程序升温手段研究了催化剂的H₂还原吸附性质和CO加氢性能。借助动力学分析方法研究了催化剂与H之间的相互作用。结果表明,少量掺杂的修饰剂对催化剂的Fe物相组成以及表面Fe物种电子状态基本没有影响,但降低了催化剂的比表面积以及活性相分散度,削弱了对H₂的吸附能力,降低催化剂的H₂脱附活化能。Zn、Zr的掺杂抑制了催化剂的还原,而Mn、Sr的掺杂却促进催化剂的还原。Mn、Zn、Zr的掺杂抑制催化剂表面CO的解离吸附,Sr则促进CO的解离吸附,Mn、Zn、Zr、Sr均促进低温区间C-C耦合和加氢反应,其中,Mn、Zr促进加氢的作用更显著。     

Ru-Zn/ZrO2催化剂在苯部分加氢反应中的孔径效应

采用沉淀法和溶剂热法合成了三种具有相同晶型但不同孔径的四方ZrO₂（t-ZrO₂）,以此为载体,采用沉积沉淀-硫酸锌溶液中还原的方法制备了Ru-Zn/ZrO₂催化剂,考察了Ru-Zn/ZrO₂催化剂的孔径对苯部分加氢性能的影响.采用粉末X射线衍射（XRD）、N₂物理吸附、电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、CO化学吸附、X射线光电子能谱（XPS）、X射线吸收近边结构（XANES）、X射线激发俄歇电子能谱（XAES）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）和透射电子显微镜（TEM）等手段对载体和催化剂进行了系统的表征.研究表明,在苯部分加氢反应中,Ru-Zn/ZrO₂催化剂的孔径对环己烯的选择性有显著影响.随催化剂孔径的增大,苯的转换频率（TOF）基本不变,环己烯初始选择性（S₀）则逐渐升高,孔径为11.7 nm的ZrO₂（ZrO₂（11.7））负载的Ru-Zn/ZrO₂（11.7）催化剂的S₀及得率最高,分别可达88%和54%.结合催化剂的表征和加氢结果,讨论了孔径影响苯部分加氢活性和选择性的原因.     

不同载体对负载型Cu-Fe催化剂CO加氢反应性能的影响

以不同的氧化物为载体,采用共浸渍法制备了一系列负载型的Cu-Fe催化剂Cu-Fe/MO_x(MO_x=ZnO、ZrO₂、TiO₂、SiO₂、MgO、Al₂O₃),并采用X射线衍射(XRD)、N₂吸附(N₂-adsorption)、程序升温还原(H₂-TPR)和一氧化碳程序升温脱附(CO-TPD)技术对催化剂进行了表征。在温度为250℃、压力为3 MPa和原料气空速为6 000 mL/(g·h)的反应条件下,在连续流动微型固定床反应装置上考察了其催化CO加氢合成低碳醇的反应性能。结果表明,与其他氧化物为载体的催化剂相比,Cu-Fe/SiO₂催化剂表面CuO的分散度较高,在较低的温度下容易被还原,具有较强的CO吸附能力,从而同时具有较高的活性和低碳醇选择性。     

合成气直接转化制低碳烯烃催化剂设计及反应条件优化

采用水热法合成了相同粒径、不同硅铝比的ZSM-5分子筛,并通过浸渍法将Fe基（Fe-Cu-K）催化剂负载于ZSM-5上,系统考察了分子筛硅铝比变化对合成气制烯烃（FTO）反应的影响。结果表明,反应条件、分子筛酸性对CO转化率和低碳烯烃选择性有显著影响。当ZSM-5分子筛硅铝比为50时负载型催化剂有着最高的CO转化率（84.71%）和低碳烯烃选择性（32.08%）。H₂-TPR结果表明,硅铝比为50的Z50/FeCuK中Fe物相的还原度最高。原位漫反射红外光谱（DRIFTS）、热重差热分析（TG-DTA）、X射线粉末衍射（XRD）等结果表明,Z50/FeCuK催化剂表面吸附的碳酸盐和烃类吸附物种最多,且其反应后形成了较多的FeC_x晶相。最后对反应条件进行了优化,结果表明,温度为310 ℃,H₂/CO （volume ratio）=2和压力为1.0 MPa时FTO的催化性能最优。     

乙醇制1,3-丁二烯MgO/SBA-15催化剂的制备及其催化性能

以介孔分子筛SBA-15为载体,采用浸渍法制备了新型负载型MgO/SBA-15催化剂,采用低温N₂吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、²⁹Si核磁共振(²⁹Si NMR)、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)、CO₂程序升温脱附(CO₂-TPD)等表征手段研究了不同MgO负载量(质量分数)对催化剂的结构、物化性能和催化乙醇合成丁二烯反应活性的影响。 研究结果表明,MgO负载量为20%时,所制备的催化剂的活性最好,此时MgO高度分散在载体SBA-15的有序孔道中,形成了Mg-O-Si结构,有利于提高目标产物丁二烯的选择性。 该催化剂在温度350 ℃、进料质量空速2.64 h^-1的反应条件下,可获得最佳催化效果,乙醇转化率最高可达55.8%,丁二烯选择性可达80.2%。 MgO/SBA-15催化剂在乙醇法生产丁二烯工艺中具有潜在的应用前景。     

高活性Pd/MgO催化剂的制备及其CO氧化偶联制草酸二甲酯催化反应

利用溶液法结合高温煅烧处理合成MgO载体,通过浸渍法制备Pd/MgO催化剂并对其进行CO氧化偶联制草酸二甲酯催化性能研究。通过X射线粉末衍射、CO2程序升温脱附、比表面仪、热重分析、扫描电镜、透射电镜和微型催化评价装置对合成的样品进行结构和性能表征。结果表明,合成的MgO载体是一种Lewis碱性很强的纳米片结构,Pd纳米颗粒高度分散在MgO载体上,粒径小且分布均一。此MgO纳米片作为载体制备的Pd/MgO催化剂在较低的Pd负载量(0.5%)下表现出优异的CO氧化偶联催化性能,在反应温度130℃时CO单程转化率高达65%,草酸二甲酯选择性96%,稳定性超过100 h,明显越于工业催化剂(Pd/α-Al2O3),具有潜在的工业应用前景。     

制备方法对Ag-Ru/CeO2氨合成催化剂性能的影响

采用共沉淀法（CP）、改性沉淀沉积法（MDP）、浸渍法（IP）制备了Ag-Ru/CeO₂催化剂,并运用N₂物理吸附、X射线衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、N₂程序升温脱附（N₂-TPD）等技术对其进行了表征,考察了个同制备方法对Ag-Ru/CeO₂催化剂氨合成性能的影响.结果表明:不同方法制备的催化剂,银助剂对载体的还原性能和氮气的解离吸附性能的影响存在明显的差别,从而影响了催化剂的氨合成活性,其中采用浸渍法制备的催化剂氮气解离吸附最强,载体最易于还原,因此催化剂低温氨合成活性最高,在10 MPa,10000 h^-1,400℃反应条件下,出口氨浓度达到9.4%.     

Mn和Zr助剂对介孔碳负载钴基催化剂费托合成反应性能的影响

采用浸渍法制备了Mn和Zr改性的介孔碳负载钴基催化剂,采用X射线衍射（XRD）、比表面积测定、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、H₂/CO程序升温脱附（TPD）及X射线光电子能谱（XPS）等手段对催化剂的物化性质进行了表征,采用固定床反应器对其F-T反应性能进行了研究。结果表明,Mn或Zr助剂的添加均降低了CH₄的选择性。其中,Mn助剂的添加提高了C_2-4的选择性,提高了烯烷比,而Zr的添加提高了钴物种的分散度,增加了反应活性位点,显著提高了钴基催化剂的F-T反应活性和C₅₊选择性。     

FeMn、FeMnNa和FeMnK催化剂上合成气制低碳烯烃的比较

研究了钠、钾助剂对FeMn 合成低碳烯烃催化剂结构及性能的影响. 低温N₂吸附、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、CO/CO₂程序升温脱附（CO/CO₂-TPD）、Mössbauer 谱和CO+H₂反应的研究结果表明,增加Mn助剂含量促进了活性相的分散和低碳烯烃的生成,而过多锰助剂在催化剂表面的富集则降低了费托合成反应的CO转化率;钾助剂和钠助剂的加入均抑制了催化剂的还原并且促进了CO₂和CO的吸附. 比较还原后（H₂/CO摩尔比为20）和反应后（H₂/CO摩尔比为3.5）催化剂的体相结构可以发现,在FeMn、FeMnNa和FeMnK催化剂中,由于钾助剂的碱性和CO吸附能力较强,因此体相中FeC_x的含量相对较高;而活性测试结果表明,FeMnNa催化剂拥有最好的CO转化率（96.2%）和低碳烯烃选择性（30.5%,摩尔分数）.     

FeMn、FeMnNa和FeMnK催化剂上合成气制低碳烯烃的比较(英文)

研究了钠、钾助剂对FeMn合成低碳烯烃催化剂结构及性能的影响.低温N2吸附、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、CO/CO2程序升温脱附(CO/CO2-TPD)、M?ssbauer谱和CO+H2反应的研究结果表明,增加Mn助剂含量促进了活性相的分散和低碳烯烃的生成,而过多锰助剂在催化剂表面的富集则降低了费托合成反应的CO转化率;钾助剂和钠助剂的加入均抑制了催化剂的还原并且促进了CO2和CO的吸附.比较还原后(H2/CO摩尔比为20)和反应后(H2/CO摩尔比为3.5)催化剂的体相结构可以发现,在FeMn、FeMnNa和FeMnK催化剂中,由于钾助剂的碱性和CO吸附能力较强,因此体相中FeCx的含量相对较高;而活性测试结果表明,FeMnNa催化剂拥有最好的CO转化率(96.2%)和低碳烯烃选择性(30.5%,摩尔分数).     

氧化铝载体对Pt-Sn/Al2O3催化剂上苯胺和苯甲醇一步合成N-苯基苄胺催化反应性能的影响

以基于借氢策略的苯甲醇和苯胺一步合成N-苯基苄胺为模型反应,研究了三种不同表面结构的氧化铝对其负载的Pt-Sn催化剂上N-烷基化合成仲胺反应性能的影响.采用N₂吸附-脱附法、压汞法、X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、CO脉冲吸附、H₂-程序升温还原及NH₃-程序升温脱附等技术对载体和Pt-Sn/Al₂O₃催化剂进行了表征.结果表明,与Al₂O₃相互作用较弱且高度分散的Pt颗粒具有很高的催化活性,Al₂O₃载体较大的孔体积和大孔分布的孔结构有助于反应物扩散和吸附到催化剂表面并提高反应活性.同时也有利于反应产物从催化剂表面离开,从而提高催化剂的稳定性.然而Al₂O₃较强的酸性及酸性分布降低了产物仲胺的选择性和催化剂稳定性.     

氧化铝担载的贵金属铱基催化剂的制备及其对甲醇裂解反应的催化性能

 以ZrO2, La2O3或MgO为助剂制备了氧化铝担载型铱基催化剂,考察了其对甲醇裂解反应的催化性能,并用X射线光电子能谱、程序升温还原、 H2程序升温脱附和CO程序升温脱附等技术对催化剂进行了表征. 结果表明, ZrO2, La2O3和MgO助剂的引入均能提高主产物氢气和CO的选择性. ZrO2是甲醇裂解反应的优良助剂,可以显著提高甲醇的转化率和氢气的收率. 氧化铝担载型贵金属铱基催化剂上存在强的氢溢流现象,这使催化剂具有良好的反应性能,同时有利于产物的脱附,氧化物助剂的加入能够进一步促进氢的溢流.     

浆态床F-T合成Fe/Cu/K/SiO2催化剂中K助剂作用的研究

采用低温N2吸附、H2 TPR、CO2 TPD、MES、XRD,考察了K的加入顺序对两组微球状费托(F-T)合成Fe/Cu/K/SiO2催化剂的织构性质、还原行为、碳化行为、物相变化以及反应性能的影响。结果表明,K的加入顺序对催化剂的织构性质影响很小。先加Si后加K的催化剂具有较强的表面碱性,抑制催化剂在H2气氛下的初始还原,但促进了催化剂的碳化,且在浆态床F T反应中表现出良好的反应稳定性,较高的FTS反应活性,较低的甲烷选择性以及较高的重质烃和烯烃选择性,表现出良好的工业应用前景。     

Influence of MgO in the CO2 – steam reforming of methane to syngas by NiO/MgO/ α-Al2O3 catalyst

Simultaneous steam and CO₂ reforming of methane to syngas (H₂and CO) over NiO/MgO/a-Al₂O₃ catalyst have been investigated at different MgO wt.%. The catalyst has been characterized by temperature-programmed reduction and XRD techniques. Addition of MgO reduced the carbon deposition and energy consumption. The stability and less coking on MgO-promoted catalysts are attributed to the lewis basicity of MgO.     

Effect of Manganese Incorporation Manner on an Iron-Based Catalyst for Fischer-Tropsch Synthesis

A systematic study was undertaken to investigate the effects of the manganese incorpo- ration manner on the textural properties,bulk and surface phase compositions,reduction/carburization behaviors,and surface basicity of an iron-based Fischer-Tropsch synthesis(FTS)catalyst.The cata- lyst samples were characterized by N_2 physisorption,X-ray photoelectron spectroscopy(XPS),H_2(or CO)temperature-programmed reduction(TPR),CO_2 temperature-programmed desorption(TPD),and M(?)ssbauer spectroscopy.The FTS performance of the catalysts was studied in a slurry-phase continuously stirred tank reactor(CSTR).The characterization results indicated that the manganese promoter incor- porated by using the coprecipitation method could improve the dispersion of iron oxide,and decrease the size of the iron oxide crystallite.The manganese incorporated with the impregnation method is enriched on the catalyst's surface.The manganese promoter added with the impregnation method suppresses the reduction and carburization of the catalyst in H_2,CO,and syngas because of the excessive enrichment of manganese on the catalyst surface.The catalyst added manganese using the coprecipitation method has the highest CO conversion(51.9%)and the lowest selectivity for heavy hydrocarbons(C_(12 )).     

Effects of the Different Supports on the Activity and Selectivity of Iron-Cobalt Bimetallic Catalyst for Fischer-Tropsch Synthesis

Silica, alumina, and activated carbon supported iron-cobalt catalysts were prepared by incipient wetness impregnation. These catalysts have been characterized by BET, X-ray diffraction (XRD), and temperature-programmed reduction (TPR). Activity and selectivity of iron-cobalt supported on different carriers for CO hydrogenation were studied under the conditions of 1.5 MPa, 493 K, 630 h-1, and H2/CO ratio of 1.6. The results indicate that the activity, C4 olefin/(C4 olefin C4 paraffin) ratio, and C5 olefin/(C5 olefin C5 paraffin) decrease in the order of Fe-Co/SiO2, Fe-Co/AC1, Fe-Co/Al2O3 and Fe-Co/AC2. The activity of Fe-Co/SiO2 reached a maximum. The results of TPR show that the Fe-Co/SiO2 catalyst is to some extent different. XRD patterns show that the Fe-Co/SiO2 catalyst differs significantly from the others; it has two diffraction peaks. The active spinel phase is correlated with the supports.     

碱金属助剂对CoCu/TiO2催化剂上二氧化碳加氢合成长链烃的影响

大气中CO2浓度增加导致的温室效应以及化石燃料的匮乏正日益受到世界范围的关注. 由于CO2较强的惰性以及较高 C-C 偶联能垒, 迄今为止大部分研究都集中在CO2催化加氢制备各种 C1 化学品 (如 CH4, CH3OH, CO 等), 鲜有研究关注合成液态燃料 (C5+碳氢化合物). 目前,CO2加氢直接合成烃类主要通过CO2基费托合成反应 (CO2-FTS) 实现, 即先通过逆水煤气变换反应 (RWGS) 将CO2还原成 CO, 随后 CO 通过传统费托反应 (FTS) 加氢生成烃类化合物. 在两种工业化FTS 催化剂 (Fe 和 Co 基催化剂) 中, 钴基催化剂具有更高的反应活性和链增长能力, 以及较高的机械强度和稳定性. 然而,由于CO2的惰性, 造成催化剂表面物种的加氢程度更高, 使得甲烷更容易生成. 因而, 高反应活性、高选择性催化剂的开发是实现该过程的关键.本文采用沉积沉淀法制备了一系列双金属 CoCu/TiO2催化剂, 再通过初湿浸渍法对其进行碱金属助剂 (Li, Na, K, Rb和 Cs) 改性, 并用多种表征手段系统研究了碱金属助剂对催化剂物化性质及其催化CO2加氢制备长链烃反应的影响. 结果表明, 碱金属的加入对催化剂织构性质影响不大, 它们在催化剂表面发生富集, 且富集程度随碱金属原子序数的增加而降低. 另外, 碱金属的加入增强了CO2的吸附, 其中, Na 改性的 CoCu/TiO2催化剂的碱性最强; 同时还降低了 H2的脱附量,尤以 K, Rb 和 Cs 改性的催化剂为甚.在 250 oC, 5 MPa, 空速 3000 mL·gcat-1·h-1和 H2/CO2= 3 的反应条件下, 对不同碱金属助剂改性的催化剂进行评价. 结果表明, 不加助剂的 CoCu/TiO2催化剂上CO2转化率高达 23.1%, 但产物主要是 CH4, 此时CO2在 Co 活性中心上直接发生甲烷化反应; 碱金属助剂的引入显著抑制了 CH4的生成, 提高了长链烃的选择性, 但同时也降低了CO2转化率, 并且随着碱金属原子序数增大呈现先下降后上升的趋势, 表明合适的碱性强度可以更好地改性催化剂性能. 其中, Na 助剂改性的CoCu/TiO2催化剂的碱性最强, 且 H2的脱附量降低幅度较小, 因此, 该催化剂具有最高的 C5+烃类收率, 达到 5.4%; 同时CO2转化率为 18.4%, 烃类产物中 C5+烃类选择性为 42.1%. Na 助剂改性的 CoCu/TiO2催化剂还展现了良好的催化稳定性,反应 200 h 后,CO2转化率和 C5+选择性分别保持 18% 和 40%. 基于碱金属助剂对催化剂物化性质与反应性能的调变规律,可进一步指导CO2加氢直接合成长链碳催化剂的设计与合成.     

Influence of MgO contents on silica supported nano-size gold catalyst for carbon monoxide total oxidation

A series of nano-size gold catalysts were prepared by deposition-precipitation method using silica material promoted with different amounts of MgO as the carrier. The influences of MgO addition on the structure and property of the nano-size gold catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), O2 temperature-programmed desorption (O2-TPD), and inductively coupled with plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES) techniques. The total oxidation of CO was chosen as the probe reaction. The results suggest that for the gold catalysts supported on the silica material after MgO modification, the size of the gold particles is pronouncedly reduced, the oxygen mobility is enhanced, and the catalytic activity for low-temperature CO oxidation is greatly improved. The gold catalyst modified by 6 wt% MgO (Mg/SiO2 weight ratio) shows higher CO oxidation activity, over which the temperature of CO total oxidation is lower about 150 K than that over the silica directly supported gold catalyst.