镍基气凝胶催化CH4-CO2重整制取合成气反应的研究Ⅱ.制备方法对Ni/CeO2-Al2O3催化剂反应性能的影响

采用浸渍法、溶胶 凝胶过程与普通干燥、超临界干燥过程相结合的方法制备了三种 82 3K焙烧的NiO CeO2 Al2 O3 体系催化剂 ,分别为浸渍型催化剂 (iNCA5 5 0 )、干凝胶催化剂 (xNCA5 5 0 )和气凝胶催化剂 (aNCA5 5 0 ) ,考察了它们在CH4 CO2 重整反应中的催化性能及反应的稳定性 ,采用TG、TEM、XPS等手段研究了反应前后催化剂的结构性质。研究结果表明 ,在 10 73K、CH4 CO2 =1∶1、180 0 0mL h·g的反应条件下 ,三种催化剂中aNCA5 5 0在CH4 CO2 重整反应过程中的积碳量较大 ,但却具有最好的反应稳定性 ;aNCA5 5 0具有较大积碳量与其表面酸量较大、酸性较强及较大镍分散度有关 ,然而由于它具有较大的积碳容量和很强的金属抗烧结能力 ,因此保持了较好的反应稳定性。催化剂积碳和金属镍烧结导致催化剂表面活性中心数目减少是催化剂失活的主要原因。     

镍基气凝胶催化CH4—CO2重整制取合成气反应的研究——Ⅰ.制备方法对NiO—CeO2—Al2O3催化剂物化性质的影响

采用浸渍法、溶胶-凝胶过程与普通干燥、超临界干燥过程相结合的方法制备了具有不同结构特点的NiO-CeO2-Al2O3催化剂,分别为浸渍型催化剂（iNCA)、干凝胶催化剂（xNCA)和气凝胶催化剂（aNCA),利用BET、TEM、XRD、TPR、NH3-TPD、H2-TPD等方法对各催化剂样品的物化化质进行了考察。研究结果表明,经823K焙烧后,镍含量为9%的各催化剂样品中镍物种分散良好;与iNCA相比,以溶胶-凝胶法为基础制备的xNCA和aNCA中镍物种与载体的相互作用用强并且存在状态均一;三种催化剂中,气凝胶样品具有比表面积高、堆密度低、表面酸中心数多及表面镍分散度高的特点。     

镍基气凝胶催化CH_4-CO_2重整制取合成气反应的研究 Ⅰ.制备方法对NiO-CeO_2-Al_2O_3催化剂物化性质的影响

采用浸渍法、溶胶 凝胶过程与普通干燥、超临界干燥过程相结合的方法制备了具有不同结构特点的NiO CeO2 Al2 O3催化剂 ,分别为浸渍型催化剂 (iNCA)、干凝胶催化剂 (xNCA)和气凝胶催化剂 (aNCA) ,利用BET、TEM、XRD、TPR、NH3 TPD、H2 TPD等方法对各催化剂样品的物化性质进行了考察。研究结果表明 ,经 82 3K焙烧后 ,镍含量为 9%的各催化剂样品中镍物种均分散良好 ;与iNCA相比 ,以溶胶 凝胶法为基础制备的xNCA和aNCA中镍物种与载体的相互作用强并且存在状态均一 ;三种催化剂中 ,气凝胶样品具有比表面积高、堆密度低、表面酸中心数多及表面镍分散度高的特点。     

CH4—CO2重整反应镍催化剂的积碳性能研究

用热分析技术结合现代仪器分析，对不同条件下制备的ＣＨ４／ＣＯ２重整反应镍催化剂上的积碳量及积碳类型进行了研究。发现反应过程中镍催化剂上形成了３种不同反应活性的碳物种，积碳量的大小与所生成这三种碳物种的相对量有关。ＸＰＳ，ＳＥＭ，ＥＰＭＡ对三种不同碳物种的结构进行初步确定，为ＣＨ４／ＣＯ２重整反应镍催化上积碳机理研究提供了有用信息。     

甲烷干气重整反应中镍基催化剂上表面积碳研究(英文)

镍基催化剂上积碳是甲烷干气重整反应急需解决的关键问题。实验采用ＴＰＳＲ、ＴＰＤ、ＸＰＳ和脉冲反应等方法系统研究了镍基催化剂表面积碳的形态和特点。热力学研究表明,在５７３ Ｋ到１２７３ Ｋ的温度范围内,催化剂的表面积碳是不可避免的。ＴＰＳＲ、ＸＰＳ和ＴＰＤ研究表明,甲烷在催化剂表面裂解将形成至少三种碳物种：Ｃα、Ｃβ和Ｃγ。这三种碳物种具有不同的表面迁移能力、热稳定性和反应活性。其中,Ｃα物种在甲烷干气重整反应中是一种非常活泼和重要的中间体;Ｃγ物种则可能是表面积碳的前驱物：部分脱氢的Ｃβ物种能够与Ｈ２或ＣＯ２反应生成ＣＨ４或ＣＯ。     

甲烷与二氧化碳重整制取合成气反应的研究：（Ⅱ）Sr1—xLaxNiAl11O19催化 …

对具有磁铅石结构的Ｓｒ１－ｘＬａｘＮｉＡｌ１１Ｏ１９对甲烷和二氧化碳重整反应的催化活性，积炭量和稳定性进行了研究。不同还原温度下催化剂的ＸＲＤ和催化剂活性的实验结果表明，金属镍是ＣＨ４＋ＣＯ２重整反应的活性组分，金属镍含量越大，反应活性越高。反应后催化剂积炭量的分析结果说明，在相同镍含量和分散度的情况下，Ｌａ６２＋离子对Ｓｒ＾２＋离子调变，可以降低催化剂的表面酸性，提高催化剂的抗积炭能力。     

流化床甲烷/丙烷临氧CO2重整制合成气反应研究

研究了流化床反应器中甲烷、丙烷临氧自热CO2重整制合成气反应中不同催化剂的性能及表面积碳行为，并用热重分析、激光拉曼及透射电镜研究了催化剂表面的积碳物种及积碳量。结果表明，贵金属Pd、Pt由于对烷烃有较强的裂解作用，镍基及贵金属修饰的镍基催化剂表面有大量的纤维状炭生成；碱土和稀土金属改性的镍基催化剂有较好的抗积碳性能，大量碱土金属CaO修饰微球硅胶后负载的镍基催化剂在同等的反应条件下没有发现积碳，碱土金属对催化剂表面碱性的增强是催化剂抗积碳性能提高的原因。     

水蒸汽对Ni/Ce-Zr-Al-Ox催化剂上CO2-CH4反应积碳的影响

采用水热合成-负载法制备了Ni/Ce-Zr-Al-Ox催化剂,进行了CO2重整CH4的反应,并采用X射线光电子能谱(XPS)、程序升温加氢(TPH)等方法表征了在反应过程中催化剂表面的积碳物种,考察了添加少量水蒸汽对积碳的影响以及水蒸汽和表面积碳物种的作用.TPH实验测得有两类碳物种,一类是在250～350℃出现的少量α-碳,应主要是活性高的CH4解离碎片;另一类是在700℃附近出现的β-碳,应是导致催化剂失活的趋于石墨化或已经石墨化的积碳.β-碳比α-碳更容易同水蒸汽作用,添加少量水蒸汽到反应气中能够明显抑制β-碳的生成.活性测试结果表明,Ni/Ce-Zr-Al-Ox催化剂显示了89%的CH4转化率和良好的稳定性,添加3.2%(ψ)的水蒸汽后活性提高到94%,由于对非活性积碳的抑制,可以预料其稳定性也将进一步提高.     

Y-Mg-Al-F催化剂用于1,1,1,2-四氟乙烷裂解制备三氟乙烯

采用沉积沉淀法制备了Y-Mg-Al-F催化剂,应用XRD、NH3-TPD和Raman光谱等技术手段对催化剂进行表征,并与AlF3催化剂作比较,且将催化剂应用于四氟乙烷(HFC-134a)裂解制备三氟乙烯反应中。 结果表明,1100 ℃焙烧的Y-Mg-Al-F催化剂具有较高的活性和反应稳定性。 反应温度400 ℃时,四氟乙烷转化率大于25%。 催化剂表面酸性和积碳是影响催化剂活性和稳定性的主要因素。     

镍基钙钛矿型催化剂的结构调控及其在甲烷干重整反应中的应用

钙钛矿材料在催化领域具有广泛的应用,其微观结构的调控对催化性能有显著的影响.我们采用柠檬酸配合法、溶胶凝胶法、燃烧法和浸渍法一系列不同的制备过程对镍基钙钛矿材料的结构进行调控,并将其应用于甲烷干重整反应,研究了制备方法对活性组分Ni的化学形态、Ni与基底的相互作用以及活性氧物种的调控,进而影响其催化活性和抗积碳能力.结果表明,燃烧法可以显著提高催化剂的结晶度,从而提高Ni与基底的相互作用以及表面氧物种的含量,使其具有较强的抗积碳能力.燃烧法合成的Ni基钙钛矿催化剂在CH4∶CO2=1.25∶1,800℃的条件下反应300 h后,积碳量仅为1.0%,而在同样条件下浸渍法合成的催化剂积碳量则高达14.6%.     

甲烷与二氧化碳重整制取合成气反应的研究 (I)Sr_(1-x)La_xNiAl_(11)O_(19)催化活性表征

对具有磁铅石结构的Ｓｒ１－ｘＬａｘＮｉＡｌ１１Ｏ１９对甲烷与二氧化碳重整反应的催化活性、积炭量和稳定性进行了研究．不同还原温度下催化剂的ＸＲＤ和催化活性的实验结果表明，金属镍是ＣＨ４＋ＣＯ２重整反应的活性组分，金属镍含量越大，反应活性越高．反应后催化剂积炭量的分析结果说明，在相同镍含量和分散度的情况下，Ｌａ３＋离子对Ｓｒ２＋离子调变，可以降低催化剂的表面酸性，提高催化剂的抗积炭能力．ＬａＮｉＡｌ１１Ｏ１９是一种具有较好催化活性、稳定性和抗积炭性能的催化剂．     

不同方法制备的Ni／ZrO2-CeO2-Al2O3催化剂对CH4-CO2重整反应的催化性能

 采用水热合成法、溶胶凝胶法和共沉淀－负载法制备了相同NiO含量的Ni／ZrO2－CeO2－Al2O3催化剂，考察了它们在CH4－CO2重整反应中的催化性能及稳定性，测定了积碳量．用CO2程序升温脱附方法测试了它们的CO2吸附性能，用H2程序升温脱附方法测试了表面Ni的分散度．结果表明，随温度升高，CH4和CO2转化率降低的顺序是：溶胶凝胶法≈共沉淀－负载法＞水热合成法，并且反应产物中n（CO）／n（H2）比随温度升高而降低．水热法和共沉淀－负载法制备的催化剂稳定性好，且前者的活性比后者高；溶胶凝胶法制得的催化剂活性较高，但易失活．积碳量大小顺序是：水热法＞溶胶凝胶法＞共沉淀－负载法．与其他方法制备的催化剂相比，水热法制备的催化剂对CO2的吸附量更大，\r\n而且积碳主要存在于载体上，从而保证了催化剂的稳定性．     

焙烧及还原温度对对硝基苯酚加氢合成对氨基苯酚Ni/TiO2催化剂性能的影响

采用等体积浸渍法制备了Ni/TiO2催化剂,考察了焙烧和还原温度对其结构及催化对硝基苯酚加氢合成对氨基苯酚反应性能的影响,利用X射线衍射、程序升温还原及H2化学吸附等方法对催化剂进行了表征.结果表明,923 K以下焙烧制备的催化剂中镍物种主要以与载体相互作用不同的NiO形式存在,随着焙烧温度的升高,催化剂中NiO与TiO2间的相互作用增强.经723 K还原后,随焙烧温度升高,催化剂的H2化学吸附量减小,而923 K焙烧的催化剂具有较佳的加氢反应性能,这与金属镍和TiOx(x<2)的协同作用有关.对于923 K焙烧的催化剂,当还原温度较低时,NiO还原不完全,金属镍与TiOx的相互作用较弱,催化剂活性较低;当还原温度过高时,镍晶粒发生烧结,并且催化剂的镍活性表面因镍与TiOx的相互作用增强而减小,从而导致催化剂活性降低,适宜的还原温度为673 K.当Ni/TiO2催化剂具有适宜的镍活性表面及适宜的金属镍与TiOx相互作用时,金属镍与TiOx的协同对-NO2的加氢活化最为有利.     

CO 的吸附、歧化及其与水反应的程序升温研究

本文应用程序升温脱附和程序升温反应技术,对镍基催化剂上CO 的吸附和歧化及其同水的反应进行了研究。结果表明:随吸附温度的升高,(从120℃到300℃)CO 的解离吸附不断增加。400℃以上助剂中的氧参与了表面碳的氧化,在多层积碳的表面上,CO 仍然能够被吸附和进行歧化反应,表明表面碳可能代替镍起到CO吸附和反应的新的活性中心的作用。在高温陈化过的表面碳上,CO 吸附困难。CO与水的反应很可能是以表面碳做为反应中间体进行的。同水反应的表面碳有三种形态,其反应峰温分别为246℃、360—370℃和>550℃。520℃陈化后,前两种形态的表面碳失活严重,而后一种则比较稳定。     

氧化钛负载脱硝催化剂的碱中毒过程：氧化钒的保留和氧化钨的牺牲

V2O5-WO3/TiO2催化剂目前已广泛用于电厂和工业锅炉燃烧废气脱硝,但燃烧原料煤及石油中含有的杂质元素碱金属与碱土金属元素可吸附在催化剂上,不仅会减少催化剂酸性位的数量,还会与催化活性元素结合生成惰性物种,导致催化剂失活。因此,已有许多有关钒钨钛催化剂碱中毒的研究,从催化剂的氧化还原能力、酸性位损失及表面孔结构等方面进行了讨论。但这些研究大多集中在碱中毒对活性组分V2O5的影响及中毒催化剂的活性变化,很少涉及催化剂中WO3的作用,也缺乏有关不同活性元素与钾盐反应的实验证据。本文采用过量浸渍法制备了不同钒和钨含量的钒钨钛催化剂,研究了氯化钾对其氨法选择性催化还原(NH3-SCR)活性的失活效应。利用感应耦合等离子体、N2吸附、拉曼光谱、H2程序升温还原、NH3吸附红外光谱和NH3氧化活性等手段对新鲜和中毒催化剂的性质进行了表征,特别探讨了V2O5和WO3对催化剂抗碱中毒能力的贡献。
　　催化剂活性测试结果表明, V2O5含量越高,活性温度窗口越宽,而且含有WO3的三元催化剂活性高于V2O5/TiO2二元催化剂。催化剂的BET比表面积和孔结构取决于TiO2载体,随活性组分配比变化不大,说明催化剂物理结构性质并非影响活性的主要因素。原位红外光谱及H2程序升温还原测试结果表明,随V2O5含量提高,催化剂表面Br?nsted酸性位数量及氧化还原能力提高。作为反应的主要活性物种, V2O5在碱中毒处理后变成惰性的偏钒酸钾KVO3,使催化剂中Br?nsted酸性位减少,热稳定性下降,并削弱了催化剂的氧化还原能力,因此低钒含量的催化剂容易严重中毒失活。在高钒负载量(3%)时,部分V2O5在碱中毒后得以保留,从而使催化剂保持了一定的脱硝催化活性。
　　另外, WO3能给催化剂表面提供热稳定的酸性位,虽然WO3自身的氧化还原能力差,但其能改善V2O5的分散性,从而提高V2O5-WO3/TiO2催化剂的活性。除此之外, WO3在催化剂碱中毒过程中还能扮演牺牲剂,与钾反应生成钨酸钾(K2WO4),即在V2O5与钾离子结合形成KVO3的同时,部分WO3也会与钾反应形成K2WO4,可以使三元催化剂保留更多的活性V物种。因此,在所研究的催化剂中,高钒负载量的V2O5-WO3/TiO2催化剂表现出最好的抗碱中毒能力。
　　活性影响因素分析表明,对于新鲜催化剂,其表面吸附的NH3量足够多,催化剂活性与表面酸性相关度不大,脱硝效率主要取决于催化剂的氧化还原能力。但是,对于碱中毒处理后的催化剂,其表面吸附NH3的能力大大削弱,这时脱硝效率除了受催化剂氧化还原能力影响,在很大程度上也依赖于催化剂的表面酸性。     

氧化钛负载脱硝催化剂的碱中毒过程:氧化钒的保留和氧化钨的牺牲（英文）

V2O5-WO3/TiO2催化剂目前已广泛用于电厂和工业锅炉燃烧废气脱硝,但燃烧原料煤及石油中含有的杂质元素碱金属与碱土金属元素可吸附在催化剂上,不仅会减少催化剂酸性位的数量,还会与催化活性元素结合生成惰性物种,导致催化剂失活.因此,已有许多有关钒钨钛催化剂碱中毒的研究,从催化剂的氧化还原能力、酸性位损失及表面孔结构等方面进行了讨论.但这些研究大多集中在碱中毒对活性组分V2O5的影响及中毒催化剂的活性变化,很少涉及催化剂中WO3的作用,也缺乏有关不同活性元素与钾盐反应的实验证据.本文采用过量浸渍法制备了不同钒和钨含量的钒钨钛催化剂,研究了氯化钾对其氨法选择性催化还原(NH3-SCR)活性的失活效应.利用感应耦合等离子体、N2吸附、拉曼光谱、H2程序升温还原、NH3吸附红外光谱和NH3氧化活性等手段对新鲜和中毒催化剂的性质进行了表征,特别探讨了V2O5和WO3对催化剂抗碱中毒能力的贡献.催化剂活性测试结果表明,V2O5含量越高,活性温度窗口越宽,而且含有WO3的三元催化剂活性高于V2O5/Ti O2二元催化剂.催化剂的BET比表面积和孔结构取决于TiO2载体,随活性组分配比变化不大,说明催化剂物理结构性质并非影响活性的主要因素.原位红外光谱及H2程序升温还原测试结果表明,随V2O5含量提高,催化剂表面Brnsted酸性位数量及氧化还原能力提高.作为反应的主要活性物种,V2O5在碱中毒处理后变成惰性的偏钒酸钾KVO3,使催化剂中Brnsted酸性位减少,热稳定性下降,并削弱了催化剂的氧化还原能力,因此低钒含量的催化剂容易严重中毒失活.在高钒负载量(3%)时,部分V2O5在碱中毒后得以保留,从而使催化剂保持了一定的脱硝催化活性.另外,WO3能给催化剂表面提供热稳定的酸性位,虽然WO3自身的氧化还原能力差,但其能改善V2O5的分散性,从而提高V2O5-WO3/TiO2催化剂的活性.除此之外,WO3在催化剂碱中毒过程中还能扮演牺牲剂,与钾反应生成钨酸钾(K2WO4),即在V2O5与钾离子结合形成KVO3的同时,部分WO3也会与钾反应形成K2WO4,可以使三元催化剂保留更多的活性V物种.因此,在所研究的催化剂中,高钒负载量的V2O5-WO3/Ti O2催化剂表现出最好的抗碱中毒能力.活性影响因素分析表明,对于新鲜催化剂,其表面吸附的NH3量足够多,催化剂活性与表面酸性相关度不大,脱硝效率主要取决于催化剂的氧化还原能力.但是,对于碱中毒处理后的催化剂,其表面吸附NH3的能力大大削弱,这时脱硝效率除了受催化剂氧化还原能力影响,在很大程度上也依赖于催化剂的表面酸性.     

中温镍水蒸汽转化催化剂积碳动力学与机理研究

研究了833-948K和常压下, C7H16在镍催化剂上进行水蒸汽转化过程中的积碳反应动力学, 获得了相应的动力学方程。并探讨了相应的反应机理, 提出在镍表面同时进行的水蒸汽转化和积碳反应是两个相对独立的反应。指出在较高温度下, 水蒸汽会从简单非解离吸附转变为解离吸附, 这一变化不仅改变了反应级数, 更重要的是它提高了水蒸汽参与表面反应的能力, 特别是加强了氢对积碳反应的作用; 同时庚烷的吸附热也随之产生相当大变化。分析了出现在本温度区内积碳反应负表观活化能的来源。     

甲苯歧化与烷基转移催化剂的积碳行为

采用热重-差热分析(TG-DTA)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、低温氮吸附/脱附和氨程序升温脱附(NH3-TPD)等技术对甲苯歧化与烷基转移催化剂的积碳行为进行了研究.结果表明:硬积碳的烧碳动力学过程近似符合一级反应,表明它是以单层分散状态存在,其表观烧碳活化能为110kJ·mol-1;反应1000h后Cat-1000催化剂的近表面主要存在三种碳物种,其中以碳氧单键方式存在的C占C总量的22.7%,以碳氧双键方式存在的C占C总量的9.1%,以—C—C—方式存在的C占C总量的68.1%,表明形成的碳物种主要是石墨型碳;催化剂Cat-1000上的积碳主要是硬积碳,占总积碳量的3/4,其余为软积碳;尽管反应1000h后催化剂的比表面积下降较多,但酸强度基本未改变,仍具有良好的反应活性和稳定性,表明覆盖在催化剂活性位上的积碳较少,积碳可能更易于沉积在载体的孔道中.     

K-Mo基催化剂的表面酸性与其合成醇选择性

对500℃和800℃焙烧制得的氧化态K－MoO3／γ－AlO3，K－MoO3／SiO2及非负载K－Mo催化剂进行硫化后，测试其合成醇活性．结果表明500℃焙烧制得的负载型催化剂显示较高的合成低碳烃活性和较低的合成低磷醇选择性，经800℃焙烧后，合成低磷醇的选择性大幅度提高．500℃焙烧的非负载K－Mo催化剂显示较高的合成醇选择性，经800℃焙烧后，促碳醇的选择性保持不变．用氨的吸附及TPD方法测定了各样品的酸性，并与催化剂活性对照，发现催化剂酸性越强，酸量越大，则其合成醇选择性越低．催化剂上的乙醇分解实验证实，催化剂的酸量大小与它的醇分解活性成正变关系，这些结果说明催化剂酸性对其合成醇性能有直接的影响．     

焙烧温度对甲硫醇催化剂K_2WO_4/Al_2O_3结构和性能的影响

研究了焙烧温度对溶胶-凝胶法制备的甲硫醇催化剂K2WO4/Al2O3的表面结构和催化性能的影响.表征结果显示,K2WO4在Al2O3上分散得较好,在450和550oC焙烧的催化剂颗粒大小均匀,无明显团聚现象.随着焙烧温度的升高,催化剂的比表面积减小,表面钨物种与Al2O3的相互作用减弱,与碱物种的相互作用增强,酸碱强度降低.K2WO4/Al2O3表面不含质子酸.催化剂活性与其比表面积及表面的共轭酸碱对密切相关.评价结果表明,在550oC焙烧而制得的催化剂活性最高.