氧化铝载体和氧化钡助剂对钌基氨合成催化剂结构和性能的影响

采用不同来源γ-Al2O3(市售Al2O3-1,合成Al2O3-2)作为钌基氨合成催化剂载体,利用浸渍法制备了一系列添加不同BaO助剂含量的Ba-Ru/Al2O3催化剂.通过X射线衍射(XRD)、N2-低温物理吸附、X射线荧光光谱(XRF)、透射电镜(TEM)、H2程序升温还原(H2-TPR)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)和X射线光电子能谱(XPS)等方法研究了不同来源的Al2O3以及BaO助剂含量对负载型钌基催化剂的物相结构、织构性质、微观形貌、表面性质和催化剂的氨合成活性等方面的影响.结果表明,载体的物理化学性质对制备的钌基氨合成催化剂的结构以及活性有较大影响.BaO助剂对催化剂的影响主要表现在两个方面:添加量不同导致BaO与γ-Al2O3的作用力不同,从而进一步影响催化体系的比表面积和孔结构性质;BaO助剂会对体系的Ru物种还原性质以及催化剂表面酸碱性质进行调节,适量BaO的加入能够极大提高反应活性,而这种最佳量与载体性质密切相关.     

不同MgO担体对Ba-Ru/MgO氨合成催化剂物化性质和反应性能的影响

采用不同沉淀剂制备了MgO材料,以其为载体制备了Ba-Ru/MgO氨合成催化剂,考察了沉淀剂种类和BaO助剂对其氨合成性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、X射线荧光光谱(XRF)、透射电镜(TEM)、H2程序升温还原(H2-TPR)、CO2程序升温脱附(CO2-TPD)、H2程序升温脱附(H2-TPD)和N2程序升温脱附(N2-TPD)表征手段,对不同沉淀剂影响Ba-Ru/MgO催化剂氨合成性能的原因进行了探索.结果表明:采用(NH4)2CO3作沉淀剂制备的Ba-Ru/MgO催化剂表面Ru物种易于在低温下还原,催化剂表面在低温区具有较多数量的弱碱性吸附位,在450℃、5.0 MPa和5 000 h-1条件下,由(NH4)2CO3做沉淀剂制备的Ba-Ru/MgO催化剂活性最高,出口氨浓度为3.74%.BaO助剂的加入大大减少了Ba-Ru/MgO催化剂表面吸附氢的数量,增大表面脱附氮的数量,从而易于N2解离吸附,提高氨合成反应速率.     

氧化铈负载钌催化剂中钌表面密度对氨合成活性和氢中毒的影响（英文）

氨是关系国计民生的大宗化学品,也是氢能源的重要载体.目前,世界合成氨工业每年消耗约2%的世界总能源,并排放超过1%的CO_2,节能降耗需求十分迫切,其中的关键在于高性能氨合成催化剂的开发.传统观点认为,B_5活性位是钌催化剂上氮解离和氨合成的活性位,当钌粒子尺寸在1.8～2.5 nm时催化剂的B_5活性位数量最多,而钌尺寸较小(0.7～0.8 nm)的催化剂几乎没有氨合成活性.本文通过改变钌负载量调变了氧化铈负载钌催化剂的钌表面浓度,证实钌粒子尺寸低于2.0 nm时,氧化铈负载钌催化剂也具有较高的氨合成活性.XPS等表征结果证实:钌表面密度低于0.68 Ru nm~(-2)时,钌主要以层状形式存在于氧化铈表面,层状钌与氧化铈紧密接触,电子从氧化铈的缺陷位传递给钌物种,在这种情况下,Ru 3d_(5/2)的结合能有所下降,氮解离能力增强,这有利于提高催化剂的氨合成活性;当钌表面密度约为0.68 Ru nm~(-2)时,钌金属传递电子给氧化铈,此时Ru 3d_(5/2)结合能有所增加;当钌表面密度高于1.4 Ru nm~(-2)后,钌物种优先在层状钌表面聚集成大尺寸钌纳米粒子,此时催化剂中同时存在钌团簇和钌纳米粒子,氧化铈载体对钌粒子电子性质的影响减弱,因此大尺寸钌金属颗粒Ru 3d_(5/2)结合能又有所下降.另一方面,氢分子会在氧化铈表面形成均裂产物(两个OH基团)或异裂产物(Ce-H和OH).同时氢分子还会在0价钌金属表面解离形成氢原子,并进一步溢流到氧化铈表面与氧原子作用形成羟基.钌活性位上的氢物种比氧化铈中的氢更容易脱附,因此氧化铈中钌的存在不仅可以增强其氢吸附量,还降低了氢物种的吸附强度.当钌表面密度低时,氧化铈与钌的相互作用较强,催化剂中的氢物种容易溢流到氧化铈中形成羟基基团,此时催化剂的氢吸附能力增强,氢中毒问题较显著.当钌表面密度较高时,氢原子在大尺寸钌颗粒上移动、反应和脱附,因此催化剂的氢中毒问题也得到显著缓解.总之,对于氧化铈负载钌催化剂,氧化铈与钌金属之间的电子相互作用以及其吸附性质都会影响催化剂的氨合成活性,因此钌表面密度低于0.31 Ru nm~(-2)以及约为2.1 Ru nm~(-2)时,催化剂都展现出了较高的氨合成活性.本文将为设计制备高性能钌基氨合成催化剂提供理论指导.     

掺钡纳米氧化镁负载钌基氨合成催化剂的还原性能及其机理

采用超声共沉淀法制备了掺钡纳米氧化镁负载的钌基氨合成催化剂Ru/Ba-MgO和Ru/La-Ba-MgO.催化剂中Ba是以BaCO3的形式存在于MgO载体中,使用时需还原活化为BaO.采朋升温-恒温-升温阶梯式的还原程序考察了还原条件对催化剂还原性能及催化性能的影响,并利用透射电镜、X射线衍射、H2脉冲化学吸附、热重及程序升温还原等分析手段,对催化剂在氢气气氛中的还原机理进行了探讨.结果表明,催化剂中BaCO3的热稳定性及Ru粒子是否聚结长大是影响催化剂活性的主要因素.在氢气气氛中,Ru/Ba-MgO催化剂的还原过程存在偶合反应,Ru的存在可加速该偶合反应的进行,进而促进催化剂还原,提高其催化活性.     

氧化铈负载钌催化剂中钌表面密度对氨合成活性和氢中毒的影响

氨是关系国计民生的大宗化学品,也是氢能源的重要载体.目前,世界合成氨工业每年消耗约2％的世界总能源,并排放超过1％的CO2,节能降耗需求十分迫切,其中的关键在于高性能氨合成催化剂的开发.传统观点认为,B5活性位是钌催化剂上氮解离和氨合成的活性位,当钌粒子尺寸在1.8～2.5 nm时催化剂的B5活性位数量最多,而钌尺寸较小(0.7～0.8 nm)的催化剂几乎没有氨合成活性.本文通过改变钌负载量调变了氧化铈负载钌催化剂的钌表面浓度,证实钌粒子尺寸低于2.0nm时,氧化铈负载钌催化剂也具有较高的氨合成活性.XPS等表征结果证实:钌表面密度低于0.68 Ru nm-2时,钌主要以层状形式存在于氧化铈表面,层状钌与氧化铈紧密接触,电子从氧化铈的缺陷位传递给钌物种,在这种情况下,Ru 3d5/2的结合能有所下降,氮解离能力增强,这有利于提高催化剂的氨合成活性;当钌表面密度约为0.68 Ru nm-2时,钌金属传递电子给氧化铈,此时Ru 3d5/2结合能有所增加;当钌表面密度高于1.4 Ru nm-2后,钌物种优先在层状钌表面聚集成大尺寸钌纳米粒子,此时催化剂中同时存在钌团簇和钌纳米粒子,氧化铈载体对钌粒子电子性质的影响减弱,因此大尺寸钌金属颗粒Ru 3d5/2结合能又有所下降.另一方面,氢分子会在氧化铈表面形成均裂产物(两个OH基团)或异裂产物(Ce-H和OH).同时氢分子还会在0价钌金属表面解离形成氢原子,并进一步溢流到氧化铈表面与氧原子作用形成羟基.钌活性位上的氢物种比氧化铈中的氢更容易脱附,因此氧化铈中钌的存在不仅可以增强其氢吸附量,还降低了氢物种的吸附强度.当钌表面密度低时,氧化铈与钌的相互作用较强,催化剂中的氢物种容易溢流到氧化铈中形成羟基基团,此时催化剂的氢吸附能力增强,氢中毒问题较显著.当钌表面密度较高时,氢原子在大尺寸钌颗粒上移动、反应和脱附,因此催化剂的氢中毒问题也得到显著缓解.总之,对于氧化铈负载钌催化剂,氧化铈与钌金属之间的电子相互作用以及其吸附性质都会影响催化剂的氨合成活性,因此钌表面密度低于0.31 Ru nm-2以及约为2.1 Ru nm-2时,催化剂都展现出了较高的氨合成活性.本文将为设计制备高性能钌基氨合成催化剂提供理论指导.     

MgO/h-BN复合载体对Ba-Ru/MgO/h-BN氨合成催化剂性能的影响(英文)

采用浸渍法制备了系列不同质量比的MgO/h-BN复合载体负载的Ru基氨合成催化剂,采用X射线衍射、N2低温物理吸附、X射线荧光、扫描电镜、透射电镜、程序升温分析等手段对催化剂进行了详细的表征,并在固定床反应器上考察了它们在氨合成反应中的催化性能.结果表明,MgO/h-BN复合载体中h-BN含量对催化剂活性的影响较大,Ba-Ru[1:1](摩尔比)/MgO/h-BN[8:2](质量比),Ba-Ru[1:1]/MgO/h-BN[6:4]和Ba-Ru[1:1]/MgO/h-BN[5:5]催化剂上氨合成活性均高于Ba-Ru/MgO催化剂.在425°C,5.0MPa,N2/H2=1/3和5000h?1条件下,Ba-Ru[1:1]/MgO/h-BN[8:2]表现出最优催化活性,达506.9ml/(gcat·h).这可归因于MgO/h-BN复合载体上存在较高数量的碱性位,特别是弱碱性位和中等强度碱性位,而这些碱性位可能是由MgO和h-BN之间的相互作用造成.     

制备方法对Ru/CeO2催化剂结构和性能的影响

以K2RuO4和Ce(NO3)3为原料,利用物质的氧化还原特性制备了Ru/CeO2氨合成催化剂,并运用N2物理吸附、X射线衍射(XRD)、FE-SEM、CO吸附和H2程序升温还原(H2-TPR)等技术对其进行了表征,考察了还原剂和制备方法对所制备的Ru/CeO2氨合成催化剂结构和性能的影响。结果表明由自身氧化还原法制备的催化剂,其比表面积最大,达到了120 m2.g-1,钌分散度最高,为45.6%,且催化剂活性最高,在10 MPa,10000 h-1,425℃反应时,出口氨浓度达到了12.6%。     

氯化钌氨作前驱体制备高活性的氨合成催化剂

以氯化钌和水合肼反应制备了新型的氧化钌氨前驱体Ru(NH3)5Cl3.透射电镜和CO化学吸附结果表明,由Ru(NH3)5Cl3前驱体制备的活性炭(AC)负载的RuN/AC催化剂中.钌纳米粒子分散度高,粒径分布均匀.与以氯化钌为前驱体制备的Ru/AC催化剂相比,RuN/AC催化剂具有更高的氨合成活性,在10 MPa和10 000 h-1条件下活性增幅超过10%.     

氧化铝负载钌基氨合成催化剂的制备条件及载体改性

 利用等体积浸渍法制备了氧化铝负载钌基氨合成催化剂．考察了\r\n氢氧化铝的焙烧温度，催化剂的还原温度，助剂K、Ba和Sm的添加，以\r\n及用MgO和BaO改性氧化铝载体等对催化剂活性的影响．通过XRD，N2物\r\n理吸附和CO2化学吸附等方法表征了载体的物相结构、比表面积和表面\r\n碱性．研究结果表明，氧化铝表面碱性随着氢氧化铝焙烧温度的升高而\r\n增大是催化剂活性升高的主要原因，载体比表面积的降低对催化剂活性\r\n的影响相对较小．助剂K、Ba和Sm的加入显著地提高了催化剂的活性，\r\n同时助剂Ba和Sm还减弱了强吸附氢对氮吸附的抑制作用，明显提高了催\r\n化剂的高压活性．用MgO改性氧化铝载体降低了其比表面积，但是显著\r\n地提高了载体的表面碱性和催化剂的活性．BaO改性的氧化铝载体的比\r\n表面积、表面碱性及其负载的钌基催化剂的活性随着BaO含量的增加先\r\n升高后降低，当BaO摩尔含量为7．7％时，催化剂活性最高．     

稀土掺杂对纳米钡-氧化镁载体及其负载钌基氨合成催化剂性能的影响

利用超声-共沉淀技术制备了一系列稀土与钡共掺杂的纳米氧化镁载体(RE-Ba-MgO,RE=La,Sm和Ce)及其负载的钌基氨合成催化剂(Ru/RE-Ba-MgO).通过氮气物理吸附、X98射线衍射、场发射扫描电镜、热重分析仪及H2程序升温还原等方法对载体和催化荆进行了表征.结果表明,Ba在载体中的掺杂形式分为低温分解型BaCO3和高温分解型BaCO3.稀士的掺杂可明显改变载体的表面形态及表面结构,使载体化学与结构性能发生变化,从而导致低温分解型BaCO3的相对含量发生变化,进而改变催化剂的低温活性.在10 MPa,400℃,10 000 h-1的测试条件下,Ru/La-Ba-MgO催化剂的出口氨浓度达到65.49mmol/(g·h),比Ru/Ba-MgO催化剂活性提高了66.3%.     

制备方法对氧化镁负载的钼钒磷酸铜催化剂结构和催化性能的影响

在乙醇溶液中采用不同的浸渍方法制备了氧化镁负载的钼钒磷酸铜催化剂，利用XRD、IR和BET比表面测定等测试手段对催化剂进行了表征．XRD和IR表征结果表明，负载的钼钒磷酸铜在载体表面均匀分散，而且能够保持Keggin型结构．XRD和BET比表面测定结果说明，经12h浸渍制备的催化剂（H4PMo11VO40-CuO／MgO12H）化学和结构性能发生变化；其它两种方法制备的催化剂（H4PMo11VO40-CuO／MgO和Cu2PMo11VO40／MgO）没有化学和结构性能的变化，而且这两种催化剂具有相近的表征结果，说明两种催化剂具有相似的结构特征，以正己醇氧化脱氢生成正己醛反应评价了催化剂的催化反应性能，结果表明，H4PMo11VO40-CuO／MgO和Cu2PMO11VO40／MgO催化剂显示出比H4PM011VO40-CuO／MgO12H更高的催化反应活性。     

镍基催化剂上稻草水蒸气重整制富氢合成气

采用浸渍法制备了SiO₂, γ-Al₂O₃, CaO和TiO₂负载的Ni催化剂, 以及不同MgO含量的MgO-7.5%Ni/γ-Al₂O₃催化剂,利用X射线衍射和N₂吸附-脱附技术表征了催化剂的结构,在固定床反应器上评价了它们在稻草水蒸气催化重整制合成气反应中的催化性能,考察了反应条件对催化剂性能的影响.结果表明, 以γ-Al₂O₃为载体时Ni催化剂活性最高,其中7.5%Ni/γ-Al₂O₃催化剂的H₂收率可达1071.3ml/g,H₂:CO的体积比为1.4:1;同时,MgO的添加进一步提高了该催化剂的性能,当MgO含量为1.0%时,H₂收率可达1194.6ml/g,H₂:CO体积比可达3.9:1.可见MgO的加入促进了Ni基催化剂上稻草水蒸气催化重整制合成气反应的进行,同时使得合成气中CO发生水-汽转换反应,从而大大提高了合成气中H₂含量.     

Screening of MgO——and Ce02-Based Catalysts for Carbon Dioxide Oxidative Coupling of Methane to C2＋ Hydrocarbons

The catalyst screening tests for carbon dioxide oxidative coupling of methane (CO2-OCM)have been investigated over ternary and binary metal oxide catalysts.The catalysts are prepared by doping MgO-and CeO2-based solids with oxides from alkali(Li2O),alkaline earth (CaO),and transition metal groups (WO3 or MnO).The presence of the peroxide (O2^2-)active sites on the Li2O2,revealed by Raman spectroscopy,may be the key factor in the enhanced performance of some of the Li2O/MgO catalysts.The high reducibility of the CeO2 catalyst,an important factor in the CO2-OCM catalyst activity,may be enhanced by the presence of manganese oxide species. The manganese oxide species increases oxygen mobitity and oxygen vacancies in the CeO2 catalyst.raman and Fourier Transform Infra Red (FT-IR)spectroscopies revealed the presence of lattice vibrations of metal-oxygen bondings and active sites in which the peaks carresponding to the buld crystalline structures of Li2O,CaO,WO2 and MnO are detected.The performance of 5%MnO/15?O/CeO2 catalyst is the most potential among the CeO2-based catalysts,although lower than the 2%Li2O/MgO catalyst.The 2%Li2O/MgO catalyst showed the most promising C2 hydrocarbons selectivity and yield at 98.0%and 5.7%,respectively.     

Screening of MgO- and CeO_2-Based Catalysts for Carbon Dioxide Oxidative Coupling of Methane to C_(2+) Hydrocarbons

The catalyst screening tests for carbon dioxide oxidative coupling of methane (CO2-OCM) have been investigated over ternary and binary metal oxide catalysts. The catalysts are prepared by doping MgO- and CeO2-based solids with oxides from alkali (Li2O), alkaline earth (CaO), and transition metal groups (WO3 or MnO). The presence of the peroxide (O2-2) active sites on the Li2O2, revealed by Raman spectroscopy, may be the key factor in the enhanced performance of some of the Li2O/MgO catalysts. The high reducibility of the CeO2 catalyst, an important factor in the CO2-OCM catalyst activity, may     

固体氧化物催化剂酸碱性质对 1,2-丙二醇转化反应的影响

 采用 X 射线衍射、热重、NH3 程序升温脱附、CO2 程序升温脱附等手段研究了 Al2O3, MgO, CaO 和 KNO3 改性 MgO 催化剂的结构和酸碱性质, 并在固定床反应装置上考察了上述催化剂气相催化转化 1,2-丙二醇反应性能. 结果表明, 催化剂表面的酸碱性对 1,2-丙二醇气相转化反应的产物分布有显著影响. Al2O3 催化剂上的产物以丙醛和丙酮为主; MgO 催化剂上的主要产物为丙酮醇; CaO 催化剂上丙酮和丙烯醇选择性相对较高; KNO3 改性 MgO 催化剂上环氧丙烷选择性显著升高. 结合不同催化剂酸碱性质及其反应结果, 提出了 1,2-丙二醇气相转化的 6 个主要反应途径, 明确了各反应途径与催化剂酸碱性质的关系.     

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。     

Cu/ZrO2催化剂上乙醇水蒸气重整反应的研究 Ⅰ 催化剂性能及其制备参数的影响

研究了Cu/ZrO2催化剂在乙醇水蒸气重整反应中的催化性能。用常规沉淀法、醇凝胶法制备了ZrO2载体；用浸渍法或共沉淀法制备了Cu/ZrO2催化剂。考察了ZrO2载体的制备方法以及Cu/ZrO2的制备参数对催化剂性能的影响。采用BET、XRD、TEM及XRF等方法对催化剂的比表面积、孔容、晶相、表面形貌以及活性组分等进行了表征。同时，制备并比较了Ni/ZrO2、Cu/10MgO-90ZrO2和Cu/10CaO-90ZrO2催化剂的性能，考察了活性组分Cu、Ni的差异以及ZrO2载体的影响。在Cu/ZrO2催化剂(Cu的质量分数为8%)上，500 ℃~600 ℃乙醇转化率达到98%~100％、H2选择性为2.0~2.6（摩尔比）。 Cu/ZrO2与Ni/ZrO2机械混合有助于H2选择性的提高。在催化剂载体中添加MgO、CaO碱性物质可以使H2选择性提高1.3倍~2.0倍。浸渍法制备的Cu/ZrO2催化剂的性能优于共沉淀法。     

CH4-CO2 reforming to syngas over Pt-CeO2-ZrO2/MgO catalysts: Modification of support using ion exchange resin method

Pt-CeO2-ZrO2/MgO (Pt-CZ/MgO) catalysts with 0.8 wt% Pt, 3.0 wt% CeO2 and 3.0 wt% ZrO2 were prepared by wet impregnation method. Support MgO was obtained using ion exchange resin method or using commercial MgO. XRD, BET, SEM, TEM, DTA-TG and CO2-TPD were used to characterize the catalysts. CH4-CO2 reforming to synthesis gas (syngas) was performed to test the catalytic behavior of the catalysts. The catalyst Pt-CZ/MgO-IE(D) prepared using ion exchange resin exhibits more regular structure, smaller and more unique particle sizes, and stronger basicity than the catalyst Pt-CZ/MgO prepared from commercial MgO. At 1073 K and atmospheric pressure, Pt-CZ/MgO-IE(D) catalyst has a higher activity and greater stability than Pt-CZ/MgO catalyst for CH4-CO2 reforming reaction at high gas hourly space velocity of 36000 mL/(g·h) with a stoichiometric feed of CH4 and CO2. Activity measurement and characterization results demonstrate that modification of the support using ion exchange resin method can promote the surface structural property and stability, therefore enhancing the activity and stability for CH4-CO2 reforming reaction.     

载体对担载Ni催化剂甲烷与二氧化碳重整反应活性的影响

制备了 Zr O2 、Mg O改性的 Al2 O3、Ti O2 复合载体 ,并应用 X-射线粉末衍射 (XRD)、比表面积测定、扫描电镜 (SEM)等手段进行了表征 .结果表明 ,这些氧化物在 Al2 O3上的晶粒尺寸小、比表面积大 ,分散较好 ,而在Ti O2 上的分散性较差 .对经 10 73K焙烧的 Mg O/ Ti O2 ,还发现部分 Ti O2 载体由锐钛矿变为金红石 ,同时生成Mg Ti O3 新相 .考察了载体对 Ni催化剂的 CH4与 CO2 重整反应活性的影响 ,其次序为 :Mg O/ Al2 O3>Zr O2 /Al2 O3>Al2 O3>Mg O >Zr O2 >Ti O2 >Mg O/ Ti O2 . Ti O2 及 Mg O/ Ti O2 担载 Ni催化剂的低活性可能与 Ti O2 本身的还原性有关     

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

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、H₂程序升温还原、X射线光谱学和N₂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。