脉冲电晕等离子体下甲烷偶联反庆研究（Ⅲ）：金属氧化物？…

考察了常温常压脉冲电晕等离子体作用下金属氧化物对甲烷脱氢偶联反应的催化作用,观察不同催化剂在脉冲电晕等离了体作用下的催化活性差别很大,且对Ｃ2产物的分布具有一定 的调变作用。γ－ＭnＯ３／γ－Ａ１２Ｏ３催化剂的Ｃ２烃收率较空白载体提高了近２倍,Ｃ２烃选择性提高３０％以上,该催化剂与脉冲电晕等离子体的结合可使其能量效率提高２倍以上,提出了一种等离子体催化作用促进甲烷脱氢偶联反应的初步模型。     

等离子体-催化剂耦合作用下CO2的甲烷化研究

常温常压下,利用脉冲电晕等离子体与Ni/γ-Al₂O₃催化剂协同作用CO₂加氢转化生成甲烷,考察了催化剂担载量、放电参数、工艺参数等对反应的影响,并探讨了其反应机理.结果表明,在等离子体与催化剂协同作用下,CO₂加氢生成CH₄,CO₂转化率在催化剂一定担载量范围内随担载量的增加而增加;脉冲电压峰值、重复频率、进气方式、空速等对反应有重要影响;相同条件下,等离子体-催化法优于化学催化法.     

MnOχ/γ-A1_2O_3对等离子体甲烷脱氢偶联反应的催化作用(英文)

在常温常压下，研究了脉冲电晕等离子体作用下的甲烷脱氢偶联反应。结果表明，脉冲电晕等离子体与y-Mn2O_3／y-A12O_3催化剂的共同作用显著提高了C_2选择性；C_2产物分布主要决定于等离子体功率和催化剂性能。另外，在较高功率下，气流方向对C_2收率影响较大。初步揭示了在等离子体作用下CH_4在气相形成CH_x自由基，而后CH_x自由基在催化剂表面进行定向复合形成C_2产物。     

脉冲电晕等离子体作用下甲烷偶联反应的研究 Ⅱ.反应添加气的影响

脱氢偶联;脉冲电晕等离子体作用下甲烷偶联反应的研究 Ⅱ.反应添加气的影响     

不同形貌Ni/γ-Al2O3催化剂催化CO甲烷化反应的研究

采用沉淀法分别以乙二醇、水、乙二醇-聚乙二醇600为修饰剂,制备了形貌分别为棒状（a-NiO）、粒状（b-NiO）和片状（c-NiO）结构的NiO催化剂,然后和γ-Al₂O₃通过研混法制得NiO/γ-Al₂O₃催化剂。采用XRD、TEM及H₂-TPR等技术手段对催化剂进行了表征。TEM观察NiO的形貌分别为棒状、粒状和片状。H₂-TPR结果表明,NiO/γ-Al₂O₃催化剂的氧化中心数量顺序为b-NiO/γ-Al₂O₃＜a-NiO/γ-Al₂O₃＜c-NiO/γ-Al₂O₃。XRD结果表明,NiO/γ-Al₂O₃催化剂还原后的Ni晶粒尺寸大小为b-Ni＞a-Ni＞c-Ni。在连续流动固定床反应装置上考察了Ni/γ-Al₂O₃对CO甲烷化反应的催化活性,研究了混合方法和形貌对CO甲烷化反应的影响。结果表明,研混法制得催化剂的活性及稳定性较好。催化剂形貌对CO甲烷化反应的催化活性顺序为c-Ni/γ-Al₂O₃＞a-Ni/γ-Al₂O₃＞b-Ni/γ-Al₂O₃,常压、593K和2500h^-1反应条件下,w_Ni为15% c-Ni/γ-Al₂O₃催化CO合成CH₄选择性及CO转化率分别达90.80%和99.63%。     

Ni-Fe/γ-Al2O3双金属催化剂的制备及其CO甲烷化性能研究

采用等体积浸渍法制备了Ni-Fe/γ-Al₂O₃双金属催化剂和Ni/γ-Al₂O₃、Fe/γ-Al₂O₃单金属催化剂,在连续流动微反装置上考察了催化剂的CO甲烷化催化活性,采用XRD、N₂物理吸附、H₂-TPR、H₂-TPD和TPSR等手段对催化剂进行表征。结果表明,Ni-Fe/γ-Al₂O₃双金属催化剂中Ni、Fe之间产生了明显的相互作用,还原后催化剂中形成Ni-Fe合金,对氢气吸附量显著增加。在CO体积分数为0.5%、空速5000h^-1、常压的反应条件下,Ni-Fe/γ-Al₂O₃双金属催化剂表现出高的甲烷化活性,220℃时将CO完全转化为甲烷。     

La-Ba-Sn(Sm,Ce)体系催化剂上的甲烷氧化偶联

报道了La-Ba-Sn(sm,Ce)体系催化剂上甲烷氧化偶联反应(OCM)的催化性能.实验结果表明:第三组分Sn、Sm、Ce的添加显著提高了OCM催化活性和C₂烃选择性.不同催化剂制备方法对催化活性的影响不同,混浆法低温焙烧有利于低温OCM反应;干混法高温焙烧能在最佳OCM反应条件下获得较高的C₂烃收率和选择性.     

脉冲电晕等离子体作用下甲烷偶联反应--Ⅰ.无氧气氛下

在常温常压下,对脉冲电晕等离子体应用于甲烷无氧气氛下脱氢偶联反应进行了研究．考察了脉冲电压极性和等离子体注入能量对甲烷脱氢偶联反应的影响,并引入能量效率对等离子体能量与甲烷脱氢偶联反应的耦合进行了讨论．结果表明,正电晕的能量效率高于负电晕．在正电晕条件下,当脉冲重复频率为 ６６ Ｈｚ和能量密度为 １７８８ｋＪ／ｍｏｌ时,甲烷转化率可达４４．６％, Ｃ_２烃单程收率可达３１．６％,其中乙炔单程收率达３０．１％．甲烷转化率与能量密度Ｐ／Ｆ的关系满足－ｌｎ（１—Ｘ）＝ｋ（Ｐ／Ｆ）．在实验考察的能量范围内,Ｃ_2烃收率与能量密度Ｐ／Ｆ呈顺变关系,但能量效率随能量密度的增加而降低．     

表面偶联甲基自由基实现低温高效甲烷氧化偶联

天然气作为一种低碳清洁能源,其储量大,价格低,被认为是最有前途的石油替代资源之一.而以天然气的主要成分——甲烷为原料来生产高价值化学品被认为是石化工业中实现天然气取代石油为原料新化工路线的技术基础,具有极为可观的社会经济价值.目前甲烷的化学利用主要采用间接转化法,即先从甲烷制合成气,再由合成气制备各种化工原料和油品.但该路线流程复杂,能耗大,生产成本高及投资大,具有明显的局限性,这促使着人们不断探索能量效率更高的甲烷直接转化技术.甲烷氧化偶联(OCM)是最重要的甲烷直接转化技术之一.自1982首次报道以来,人们开发了1000多种OCM催化剂,涉及元素超过68种,但C₂烃类(乙烷和乙烯)的收率普遍低于30%,尚未实现工业化.传统研究认为,OCM反应遵循“多相-均相”催化反应机理,甲烷在催化剂表面活化产生甲基自由基后,在气相中进行偶联生成乙烷和乙烯等产物.由于高温下甲基自由基很容易脱附到气相,传统的OCM催化剂一般只在甲基自由基的产生这一步发挥作用.而随后在气相中发生的甲基自由基均相反应并不受催化剂控制,在热力学驱动下,会倾向于深度氧化生成CO2等副产物,因此OCM反应中C₂的收率上限为25%–28%.理论上来说,只有当催化剂能够在甲基自由基偶联这一步发挥作用时,C₂物种的收率才可能打破上限,但目前尚未有催化剂实现甲基自由基可控表面偶联.本文提出并证实5wt%Na₂WO₄/SiO₂(5NaWSi)具有催化甲基自由基表面偶联的能力.在低温下,5NaWSi本身对于OCM没有催化活性,但是它的加入能够显著提高La₂O₃催化剂的C₂选择性,进而提高C₂收率,使其在570℃的低温下即可达到10.9%的C₂收率.在La₂O₃和5NaWSi之间加入一层甲基自由基淬灭剂——石英砂,这种提升作用随即消失,表明甲基自由基在5NaWSi上的表面偶联可能是C₂选择性和收率提升的主要原因.本文进一步采用同步辐射光电离质谱技术原位检测了反应过程中的自由基中间体,结果发现,La₂O₃表面产生的甲基自由基确实可以在5NaWSi表面进行偶联,进而提高C₂的选择性和收率.通过对5NaWSi的组成和结构进行分析,发现5NaWSi中的Na₂WO₄纳米团簇可能是甲基自由基偶联的活性位点,该位点不仅具有很强的甲基自由基吸附能力,为甲基自由基表面偶联提供机会,同时不会深度氧化C₂物种,有效地提高了C₂选择性.以此为基础建立理论模型,我们通过DFT计算对甲基自由基在5NaWSi表面的偶联机制进行了研究.结果表明,5NaWSi对甲基自由基具有很强的吸附能力,而吸附后的甲基自由基更倾向于偶联生成C₂产物,而不是β-H消除生成HCHO等副产物,表明5NaWSi确实是很好的甲基自由基表面偶联催化剂.甲基自由基表面偶联的证实为OCM催化剂的开发开辟了新方向.从双功能催化剂设计的角度出发,将OCM反应分解成甲烷活化和甲基自由基偶联这两个部分,并分别针对这两个部分来筛选和优化催化剂,将有望突破C₂收率上限,进而推进OCM的工业化进程.     

原位共沉淀法制备Ni-Mg-Al-LDHs/γ-Al2O3催化前驱体在甲烷二氧化碳重整反应体系中的性能评价

通过原位共沉淀的方法在γ-Al₂O₃表面上合成了Ni-Mg-Al-LDHs (水滑石), 合成的Ni-Mg-Al-LDHs/γ-Al₂O₃作为催化前驱体经过不同的热处理还原方式得到催化剂Cat-1、Cat-2和Cat-3. 用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、N₂吸附-脱附测试(BET)以及热重-差热分析(TG-DTA)对催化剂的形貌结构和抗积碳能力进行了表征测试; 通过甲烷二氧化碳重整反应体系对催化剂的反应活性和稳定性进行了评价. 结果表明催化剂前驱体的预处理方式对催化剂的反应性能具有较大的影响. Ni-Mg-Al-LDHs/γ-Al₂O₃ 直接经过H2/Ar 常压高频冷等离子体炬的分解还原所获得的催化剂Cat-3 表现出了最佳的催化活性和稳定性. TEM表征表明催化活性组分在Cat-3上的分散性更好, 颗粒粒径更小. BET结果证明Cat-3具备较大的比表面积(195.8 m²·g^-1). Ni-Mg-Al 水滑石的结构赋予了催化剂活性组分在载体γ-Al₂O₃上均匀的分散性, 同时常压高频冷等离体炬对催化剂的表面结构以及活性组分的还原具有进一步的优化作用, 两者的协同作用使Ni-Mg-Al-LDHs/γ-Al₂O₃在甲烷二氧化碳反应体系中具备优良的催化活性和抗积碳性能.     

助剂对Co/Al2O3催化剂浆态床费托合成反应性能影响

考察了ZrO₂、Ru或Pt助剂对Co/Al₂O₃催化剂结构及浆态床费托合成反应性能的影响。实验结果表明,添加ZrO₂助剂可阻止或降低难还原铝酸钴的形成、促进催化剂的还原、提高Co/Al₂O₃催化剂对费托合成反应的催化活性、降低甲烷选择性并提高C₅₊烃选择性。H₂-TPR表征结果表明,少量Ru或Pt助剂均能降低Co-ZrO₂/Al₂O₃催化剂中钴物种还原温度(Co₃O₄→CoO和CoO→Co⁰),提高催化剂的还原度,催化剂呈现出良好的CO加氢反应活性。此外,催化剂组分间浸渍次序对费托合成反应性能有重要影响,载体γ-Al₂O₃先浸渍Zr组分,可有效抑制难还原化合物形成;Co、Ru组分共浸渍加强了Co和Ru组分密切接触程度,更利于钴物种的还原;Co、Pt组分依次浸渍更利于活性组分的均匀分布,催化剂具有最佳的费托合成反应性能。     

Zr改性Ni/γ-Al2O3催化剂用于浆态相合成气的低温甲烷化

采用浆态床反应器,在低温(300~330 ℃)下进行合成气的甲烷化反应.实验中通过共浸渍法(包括含浸-旋蒸法)制备了锆(Zr)修饰的Ni/γ-Al₂O₃催化剂,并考察其与单一NiO、未掺杂Zr 的Ni/γ-Al₂O₃催化剂的催化性能差异.研究表明,载体γ-Al₂O₃的引入能够明显地提高CO的转化率和甲烷的选择性,而Zr的掺杂会进一步提升催化剂的催化活性.在325 ℃,空速为4 200 mL·g^-1·h^-1时,CO的转化率可以达到86.41%,甲烷选择性为90.53%.催化剂的表征结果表明,Zr的添加促进了Ni在催化剂表面的分散、减弱了活性Ni与载体的相互作用,抑制了低甲烷化活性的NiAl₂O₄的生成,使得催化剂的反应性能得到较大提高.     

焙烧及还原温度对 Co-Pt-ZrO2/γ-Al2O3催化剂费托合成反应性能的影响

采用浸渍法制备了Co-Pt-ZrO₂/γ-Al₂O₃催化剂,对其进行了BET、XRD和TPR等表征,并在浆态床反应器上考察了焙烧温度和还原温度对催化剂费托合成反应性能的影响。结果表明,焙烧温度过高,容易造成Co物种和载体间的相互作用增强,使部分氧化钴颗粒聚集或烧结,导致催化剂的F-T合成反应活性和C₅₊烃选择性降低。还原温度较低时,钴物种不能充分还原,CO加氢活性低,甲烷选择性高,重质烃选择性低;还原温度过高,则可能造成活性物种的烧结,反而降低了催化剂的活性和重质烃选择性。在原料气n(H₂)/n(CO)=2.0、483 K、2.4 MPa和空速3.6 L/(gcat·h)的条件下,31.08%Co～0.11%Pt～7.16%ZrO₂/Al₂O₃催化剂在673 K焙烧。纯H₂下653 K还原后,其费托性能最佳;CO转化率为27.0%,C₅₊的选择性为83.0%。     

不同价态金属掺杂对La2O3(001)表面上甲烷活化影响的研究(英文)

La₂O₃因具有优异的稳定性和较高的C₂烃选择性,因此,常被用于催化甲烷氧化偶联反应,而较差的甲烷解离活性却限制了其广泛应用。为了提高镧基催化剂活化甲烷的性能,将不同价态的金属掺杂在La₂O₃(001)表面,并采用密度泛函理论方法对CH₄在催化剂表面的活化行为进行了研究。结果表明,低价态金属(Li、Na、K、Mg、Ca、Sr和Ba)和等价态金属(Al、Ga、In)的掺杂可以显著提高La₂O₃(001)表面的CH₄解离活性。其中,CH₄在Li-La₂O₃(001)表面解离的活化能最低,仅为13.0 kJ/mol。而高价态金属(Zr、Nb、Re和W)掺杂不能提高La₂O₃(001)表面的CH₄解离活性。此外,通过研究催化剂表面氧空位形成能、酸碱性与CH_4<...     

Ni-Pt/γ-Al2O3催化剂用于甲基环己烷催化脱氢的研究

采用自制的比表面积为349 m²/g的纳米膜γ-Al₂O₃为载体,用等体积浸渍法制备了Ni-Pt/γ-Al₂O₃催化剂,采用比表面积测定、X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等手段对所制备的催化剂进行了表征。利用微型连续管式反应器与气相色谱联用装置,考察了Ni-Pt/γ-Al₂O₃催化剂对甲基环己烷(MCH)气相脱氢的催化性能。结果表明,使用20%Ni-0.5%Pt/γ-Al₂O₃催化剂,在反应温度350℃,混合进样体积空速252 h^-1条件下,甲苯转化率达到96.99%,选择性接近100%。     

CoMoS/γ-Al2O3催化剂对麻疯树油加氢处理的研究

采用硫代硫酸铵器外预硫化制备CoMoS/γ-Al₂O₃催化剂,采用XRD、N₂物理吸附、NH₃-TPD、XRF等手段对催化剂进行表征,通过固定床微反装置研究其对麻疯树油加氢处理的性能。考察了硫化度、反应温度、氢气压力、反应时间对催化剂活性与催化产物分布的影响,并探讨了麻疯树油甘油三酯的反应路径。结果表明,硫化度为1的CoMoS₁/γ-Al₂O₃催化剂活性最佳,在温度360℃、氢气压力3 MPa条件下,对麻疯树油转化率为96.3%,产物主要成分C_15~18正构烷烃收率为75.6%,比相同条件下非硫化CoMo/γ-Al₂O₃催化剂的转化率提高36.9%。反应温度升至420℃时,CoMoS₁/γ-Al₂O₃催化剂对麻疯树油转化率达100%,产物中无含氧物。麻疯树油加氢处理过程中,增大硫化度和反应温度、减小氢气压力有利于甘油三酯发生加氢脱羧、脱羰反应。     

等离子体条件下甲烷在CO_2存在下的脱氢偶联(英文)

在常温常压下,利用脉冲电晕等离子体研究了甲烷和二氧化碳的转化。在等离子体一催化反应装置上,测试了Ｐｄ／γ－Ａｌ２Ｏ３对甲烷偶联的催化活性。实验发现,在脉冲电晕等离子体作用下,甲烷和二氧化碳被转化为Ｃ２烃、ＣＯ、Ｈ２、Ｏ２、少量积碳和高碳烃;在等离子体条件下引入Ｐｄ／γ－Ａｌ２Ｏ３催化剂,能够有效地改善甲烷偶联产物Ｃ２烃的分布,有利于生成更高附加值的乙烯。     

氧化铝载体对Pt-Sn-K/γ-Al2O3催化剂上异丁烷脱氢性能的影响

采用盐酸回流法和氨水沉淀法合成了氧化铝载体,并通过络合真空浸渍法制备了不同来源氧化铝负载的Pt-Sn-K/γ-Al₂O₃催化剂。利用N₂物理吸附、CO脉冲吸附、H₂程序升温还原、NH₃程序升温脱附、热重等手段对Pt-Sn-K/γ-Al₂O₃催化剂进行了表征,以异丁烷脱氢为探针反应研究了氧化铝载体对该催化剂脱氢性能的影响。结果表明,与由盐酸回流法合成的载体制备的催化剂相比,采用氨水沉淀法合成的氧化铝载体制备的Pt-Sn-K/γ-Al₂O₃催化剂表面具有较小的Pt颗粒和较弱的酸性分布,其脱氢活性及异丁烯选择性更优。14 d的连续运行数据显示,由氨水沉淀合成的载体制备的催化剂,其抗积炭能力更强,反应后催化剂的积炭石墨化程度更低,因而具有更好的稳定性;在该催化剂上,异丁烷初始转化率为56.67%,14 d后仍能达到34.71%,异丁烯初始选择性为80%,7 d后维持在94%左右。     

等离子体作用下甲烷氢化偶联

在常温常压下,研究了脉冲放电等离子体及其协同催化剂强化CH₄氢化偶联反应.结果表明:脉冲电晕等离子体条件下,甲烷中引入氢气可以实现偶联,而且随着氢气引入量的增加甲烷的转化率以及C₂收率增大,积碳减少;脉冲电压和重复频率影响CH₄的转化;引入Ni/γ -Al₂O₃催化剂后可改善产物C₂烃的分布,等离子体法制备的Ni/γ -Al₂O₃催化剂性能优于化学法制备的Ni/γ -Al₂O₃催化剂.开辟了一条甲烷偶联新技术路线.     

氧对非平衡等离子体甲烷脱氢偶联反应的影响

氧对非平衡等离子体甲烷脱氢偶联反应的影响雷正兰陈栋梁刘万楹＊（中国科学院成都有机化学研究所天然气开放实验室６１００４１）甲烷偶联形成Ｃ２烃是甲烷直接转化的重要反应。非平衡等离子体条件下甲烷脱氢偶联是获得Ｃ２烃的一种新方法。不用催化剂，利用非平衡等离子...