Cu-Zn-Zr/SBA-15介孔催化剂的制备及CO2加氢合成甲醇的催化性能

以具有骨架结构的SBA-15介孔分子筛为载体,采用浸渍法合成了具有高比表面积、不同金属氧化物含量的Cu-Zn-Zr介孔催化剂CZZx/SBA-15(x=0.3,0.4,0.5,0.6).采用N2吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、CO2吸附(CO2-TPD)和透射电子显微镜(TEM)等手段对样品进行了表征.在固定床反应器上评价了其CO2加氢合成甲醇的催化性能.实验结果表明,CZZx/SBA-15催化剂具有介孔结构,负载的Cu O,Zn O和Zr O2能够很好地分散在表面,并且负载氧化物晶粒尺寸不同.催化剂的铜比表面积SCu与甲醇催化活性呈近似线性关系,其中CZZ0.4/SBA-15催化剂表现出最大甲醇选择性(54.32%),与CZZ相比,甲醇选择性增加24.85%.随着金属氧化物负载量的增大,催化剂比表面积和SCu明显减小,甲醇选择性与收率也相应减小,负载型CZZx/SBA-15催化剂表面结构对CO2加氢合成甲醇反应活性起关键作用.     

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。     

还原-氧化预处理对双孔道钴基催化剂催化性能的影响

以双介孔分布MCM-41分子筛为载体,采用等体积浸渍法制备了钴基催化剂,并考察了还原-氧化预处理方式对催化剂结构及费托合成催化性能的影响。新鲜催化剂经预处理之后,XRD结果显示钴物种主要以单质钴形式存在,且主要以面心立方钴晶型出现,晶粒粒径由原来的8.4nm增加到22.6nm,由于晶粒粒径的增大,拉曼峰呈现蓝移特征。SEM及TEM表征表明,预处理后催化剂中钴物种在载体中有较好的分散性。H₂-TPR结果表明,新鲜催化剂经还原-氧化预处理后钴物种的还原温度降低,钴物种-载体间作用力增强。费托合成反应结果显示,经预处理后催化剂较新鲜催化剂活性低,甲烷选择性提高,但C_5~18的选择性明显提高,尤其是C_5~11的选择性可达到新鲜催化剂的两倍。     

载体焙烧温度对Rh-Mn-Li/SBA-15催化CO加氢性能的影响

SBA-15分别于550、700、800和900℃进行焙烧,然后以等体积共浸渍法将Rh、Mn和Li负载其上。催化剂的性能用CO加氢反应进行评价。催化剂分别用N₂物理吸附、X射线衍射、透射电子显微镜、H₂化学吸附和傅里叶变换红外光谱进行表征。即使在900℃下进行焙烧,SBA-15的结构仍得到保持。但是,当焙烧温度从550℃升高到900℃,SBA-15的比表面积、孔径和总孔容分别从842.6 m²·g^-1、9.57 nm和1.18 cm³·g^-1降到246.4 m²·g^-1、5.62 nm和0.34 cm³·g^-1。此外,Rh颗粒的尺寸都在1.5-4.0 nm范围内,并且随着载体的焙烧温度增加而增加。另外,Rh颗粒更倾向位于高温焙烧载体的介孔内,这可能是因为经过高温焙烧,载体微孔下降。所以,H₂和CO更易与负载在高温焙烧后的载体上的Rh颗粒接触。因此,当载体焙烧温度达到900℃时,Rh-Mn-Li/SBA-15催化剂有非常高的C₂₊含氧化合物的活性和选择性。     

氮掺杂碳纳米笼固载钌纳米粒子的费托合成性能

费托合成可以将来源广泛的合成气转化为低碳烯烃和燃油等高附加值化学品, 是后石油时代的重要化工过程, 而发展高性能的催化剂是该工程产业化的关键. 以具有高比表面积和高氮含量的氮掺杂碳纳米笼(NCNC)为载体, 采用等体积浸渍法制备了Ru的质量分数为20%的Ru/NCNC催化剂, 所得Ru纳米颗粒均匀分散, 相比于未掺杂碳纳米笼负载的Ru催化剂(Ru/CNC), Ru纳米粒子尺寸更小且分布更集中. Ru/NCNC催化剂展现出优异的费托合成催化性能, 在0.5 MPa和220 ℃的温和条件下, 具有高的催化活性、高的C₅₊选择性(55.7%)、低的CH₄选择性(13.5%)和高的催化稳定性(60 h, CO转化率保持在≈33%), 显著优于Ru/CNC. 这可归因于N掺杂提高了Ru活性中心的数量和电子态密度以及表面碱性, 增强了金属-载体相互作用, 进而提高Ru/NCNC的催化活性、长链产物(C₅₊)选择性、抗烧结能力和催化稳定性. 本研究提供了一条通过掺杂碳载体设计提升费托合成催化剂性能的有效策略.     

CoAl2O4/Al2O3载体对钴基费托催化剂反应性能影响的研究

通过浸渍和高温焙烧,制得表面附着CoAl₂O₄微晶颗粒的改性Al₂O₃载体,并采用等体积浸渍法制备负载型Co基催化剂。结合 N₂物理吸附、XRD、H₂-TPR、XPS及H₂化学吸附等表征手段,研究改性载体及其负载钴基催化剂的织构特征;采用费托合成反应评价其催化性能。结果表明,Al₂O₃改性后,表面CoAl₂O₄的存在有效减少了载体与活性组分Co的相互作用,显著提高了催化剂的还原度和催化活性。载体的改性量在20%左右达到最佳值,继续增加,催化剂还原度和活性基本不再升高。载体改性促使催化剂CH₄选择性有所降低,C₅₊选择性略有提高。     

新型钴基介孔分子筛催化剂F-T合成性能和烃分布研究

采用介孔分子筛MSU－1，SBA－12和HMS为载体，制得含钴质量分数为15％的催化剂。在原料气V（H2）／V（CO）＝2．0，T＝473－513K,p=2.0MPa,GHSV=500H^-1的F－T合成条件下，反应活性依Co/HMS,Co/SBA-12,Co/MSU-1顺序降低，高碳烃（C19^ )选择性以Co/HMS最低；Co/MSU-1和Co／SBA-12催化剂介孔结构在反应中相对稳定，Co/HMS介孔结构在反应后完全塌陷。     

ZrO2修饰Al2O3纳米片负载钴催化剂的制备及其费托反应性能研究

通过水热法合成了Al₂O₃纳米片（Al₂O₃-CN）,采用浸渍法制备20%（质量分数）钴基催化剂,并应用于费托合成反应。制备的Al₂O₃-CN（226 m²/g）与商业氧化铝（Al₂O₃-C,249 m²/g）具有相近的比表面积,但Al₂O₃-CN孔尺寸分布更加集中。浸渍钴后,与Co/Al₂O₃-C催化剂相比,Co/Al₂O₃-CN催化剂表现出较高的还原度及更均匀的钴颗粒粒径分布。因此,Co/Al₂O₃-CN催化剂表现出更高的CO转化率和低的甲烷选择性。为了进一步提高Co/Al₂O₃-CN的催化性能,采用不同含量ZrO₂对Al₂O₃-CN进行修饰。表征结果表明,随着ZrO₂修饰量的增加,Al₂O₃-CN载体比表面积变化不明显,孔体积和孔径增大;相对应催化剂的钴颗粒粒径减小,活性位点数目增加。在相同反应条件下,经ZrO₂修饰催化剂CO转化率进一步提高,甲烷选择性降低。     

C60/SBA-15介孔复合材料的合成及其荧光性质的研究

通过对介孔SBA-15孔壁氨基化(SBA-15-NH₂),然后与C₆₀反应形成化学键,成功地将C₆₀组装进入SBA-15孔道中,合成了C₆₀/SBA-15介孔复合材料.通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、紫外-可见光谱(UV-V is)和差热-热重分析(TG-DTA)等方法对其进行了表征.同时,对复合材料的荧光性质进行了研究.结果发现,SBA-15-NH₂在575 nm处出现发射峰,C₆₀/SBA-15介孔复合材料在554 nm处出现发射峰,峰位蓝移21 nm.     

有序介孔氧化铝的制备及其在丁烯歧化中的应用

采用有机铝源及阴离子模板剂制备了高比表面积、大孔容、窄孔径分布的有序介孔氧化铝(Al₂O₃)载体, 研究了铝源水解速率、模板剂碳链长度以及洗涤介质等因素对有序介孔氧化铝载体合成的影响。实验结果表明,提高铝源水解速率和用乙醇溶剂洗涤Al₂O₃前躯体都有利于Al₂O₃载体形成有序介孔结构,所得Al₂O₃载体的孔径和孔体积随着模板剂碳链长度的增加而增大。分别用有序介孔Al₂O₃和普通介孔Al₂O₃为载体,采用浸渍法负载氧化铼(Re₂O₇)制备了铼基催化剂,并用于评价丁烯歧化合成丙烯的反应性能。实验结果表明,铼基有序介孔催化剂(Re/OMA)的丁烯歧化性能显著优于普通铼基介孔催化剂(Re/MA),丁烯转化率高于50%,丙烯选择性约60%,丙烯收率达30%,催化剂寿命明显延长。     

Fe@Si/S-34催化剂的制备及其合成气制烯烃性能

合成气经费托合成反应直接制低碳烯烃是极具开发前景的合成气直接制烯烃技术,其关键是通过产物分布的调控提高低碳烯烃的选择性.本工作将疏水性Fe基费托合成催化剂与SAPO-34分子筛进行复合,制备了一系列不同SAPO-34分子筛含量的Fe@Si/S-34复合催化剂.采用X射线衍射、扫描电子显微镜、N₂吸附-脱附、NH₃程序升温脱附和水接触角测量仪考察了SAPO-34分子筛含量对催化剂物化性质的影响.结果表明SAPO-34分子筛的含量对催化剂的表面积、孔体积、酸性和疏水性具有显著的影响.随着SAPO-34分子筛含量的增加,催化剂的比表面积和总孔体积增加,弱酸和中强酸位点增加,疏水性减弱.催化性能评价结果表明,Fe@Si/S-34复合催化剂明显降低了C₅₊产物选择性,增加了C₂～C₄烃类的选择性,适量的SAPO-34分子筛能够显著提高C₂～C₄烯烃的选择性.本研究将Fe@Si催化剂的疏水性和SAPO-34分子筛对C₅₊烃的...     

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。     

MOFs衍生炭负载的钴基催化剂的廉价制备及其CO加氢催化性能

以对苯二甲酸（H₂BDC）为配体、乙酸钴为Co源、水作溶剂,通过共沉淀法合成了金属有机框架材料（Co-BDC MOFs）;以其为前驱体分别在乙炔和氩气氛下采用化学气相沉积法制备了核壳结构Co@C催化剂。结合XRD、氮吸附、SEM、TEM、XPS、TGA和Raman光谱等手段对Co@C催化剂的结构和组成进行了表征,考察了该催化剂在费托合成反应中的活性及稳定性。结果表明,炭化气氛对炭层结构的石墨化程度有较大影响,而对金属Co核的物相结构和粒径影响较小;乙炔气氛有助于形成多孔的石墨炭壳,从而促进烃链的生长,Co@C-C₂H₂催化剂上的C₅₊烃产物选择性高达82.66%,反应过程中催化剂物相由单相金属Co转变为金属Co与Co₂C的混合相,且无失活现象发生,表明Co₂C具有较高的费托反应催化活性。     

孔径对锆同构替代的Co/SBA-15催化剂费-托合成催化性能的影响

采用同构替代方法将锆掺杂进入SBA-15中孔分子筛的骨架中,通过控制合成条件合成出了锆硅摩尔比为1/20的具有四种不同孔径(5.7,7.8,11.6,17.6nm)的Zr-SBA-15中孔有序锆同构替代改性分子筛,并在该改性分子筛上负载质量分数为10%的钴制备出用于费-托合成的钴基催化剂.采用氮气吸附-脱附、XRD、H2-TPR、H2-TPD及氧滴定实验、TEM、29Si固体核磁共振光谱(29SiNMR)、XPS等手段对催化剂进行了表征,系统地研究了同构替代锆掺杂SBA-15分子筛孔径大小对钴基催化剂费-托合成催化活性和产物选择性的影响.同时也采用了原位X射线衍射技术考察了载体孔径对催化剂的还原性能的影响,并结合催化剂的X光电子能谱表征结果进一步讨论了孔径对钴-载体相互作用的影响,为孔径对催化剂的活性以及产物选择性的影响作出了合理的解释.研究结果表明:随着孔径增加,SBA-15中孔分子筛的二维六方有序结构逐渐破坏,催化剂的比表面积下降,钴-载体相互作用降低,钴的晶粒直径增大,催化剂的还原性增加,C5+选择性增加,CO转化率先升高后降低,孔径为7.8nm的催化剂具有更好的费-托合成催化活性,这是催化剂比表面积和...     

氮掺杂多级孔碳负载钴纳米颗粒促进糠醛催化转移加氢

将钴金属纳米粒子负载在具有高比表面积的氮掺杂多级孔碳(Co/HNPC)上,并用于糠醛(FF)的催化转移加氢反应。实验结果表明,Co/HNPC在120℃、4 h的温和条件下,获得了97.6%的FF转化率和95.3%的糠醇(FOL)选择性。优异的催化性能主要取决于金属与HNPC载体之间的协同作用,以及金属本身的负载量。此外,由于HNPC载体的高比表面积和氮掺杂,Co/HNPC催化剂的稳定性也得到了提高。     

用于费-托合成的高分散型钴基催化剂*

负载型钴基催化剂是天然气基费托合成的一种重要催化剂,其金属分散度和活性位密度是决定费托合成反应活性和产物选择性（CH4%, C5+%）的关键因素。因此,提高金属钴的分散度和催化剂的还原度是提高金属钴的原子利用率、降低催化剂成本的一条有效途径。本文综述了近年来高分散型钴基催化剂的研究进展,重点探讨了催化剂制备方法、载体类型及贵金属助剂对催化剂分散度和还原性的影响,以及影响高分散型钴基催化剂的费托合成反应活性、产物选择性和反应稳定性的因素,并对负载型钴基催化剂今后的研究发展提出了一些建议。     

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%。     

金属改性SBA-15应用于乙醇水蒸气重整制氢的研究

采用水热法将Ce金属引入SBA-15骨架,合成一系列Ce-SBA-15（Si/Ce=40,20,10）载体,再通过浸渍法制得Co/Ce-SBA-15催化剂.利用XRD、UV-Vis、FT-IR、H₂-TPR、N₂吸附-脱附等手段对催化剂进行表征,并用于乙醇水蒸汽重整制氢反应（ESR）,考察载体骨架中Ce金属对催化剂结构和性能的影响.结果表明,水热法制备可使得Ce离子进入到SBA-15分子筛骨架,合成的载体仍保持SBA-15特有的介孔结构.与Co/SBA-15催化剂相比,基于铈的储放氧功能,Ce的加入提高了活性金属分散度,降低了反应积碳的生成,改善了催化剂稳定性.适量铈与钴的协同作用,提高了钴物种的分散度,降低了钴的烧结程度,催化剂Co/Ce-SBA-15（Si/Ce=20）具有良好的催化活性,乙醇转化率为96.6%,H₂选择性达到75.5%,反应后积碳率仅为5.6%.     

高比表面积等级孔γ-Al2O3的金属醇酯一步水解法制备及性能

采用金属醇酯一步水解法, 在不同含水有机溶剂反应介质中在常温条件下制备了具有特殊形貌及等级孔道结构的超高比表面积γ-Al₂O₃材料. X射线衍射(XRD)、 N₂吸附-脱附、 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征结果证明, 通过调节反应介质中水含量和溶剂类型可以精确控制仲丁醇铝的水解缩合反应过程和副产物醇分子的扩散行为, 进而优化产物的孔道结构. 研究结果表明, 在水/乙腈体系下制备的γ-Al₂O₃材料整体呈现出由大孔直孔道和三维介孔孔道构成的等级孔道结构, 且随着水含量的增加, 大孔孔壁依次出现光滑状、 片状和褶皱状的特定形貌; 在饱和水的丁醇溶液体系下制备的材料则展现出由厚度约为10 nm的片状γ-Al₂O₃堆积而成的三维介孔结构, 比表面积高达517 m ²/g. 选取水含量为3 mL的水/乙腈体系下的大孔-介孔γ-Al₂O₃材料作为载体制备负载型Pt基催化剂. 负载后载体等级孔结构基本保持完好, 金属Pt纳米颗粒均匀分散在载体上, 该催化剂在渣油脱金属催化反应中的脱金属性能比商用薄水铝石为载体制备Pt基催化剂更加优异. 脱Ni率和脱V率分别提高11.62%和10.83%.     

一种新的高活性CO氧化催化剂Ag/SBA-1

 以SBA-15为载体,采用后修饰法制备了Ag/SBA-15催化剂. XRD和TEM结果表明,金属Ag粒子均匀分散于SBA-15的纳米孔道中,粒子平均大小为4～5 nm. 同时,负载金属Ag纳米粒子后,载体的介孔结构仍然能很好地保持. CO催化氧化测试结果表明,Ag/SBA-15具有很高的催化活性,120 ℃时就能使CO完全氧化. 而在富H2气氛下,80 ℃时CO的转化率达到最大值(48%),此时O2的选择性为28%. 高温H2还原是活化Ag/SBA-15的必要步骤.