BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ膜反应器还原侧表面反应机理

研究了BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)透氧膜反应器还原侧表面反应机理, 分析了表面催化微粒及催化床对膜反应器的作用. 提出了“催化解离机制”是构成甲烷重整BCFN膜反应器透氧量上升的主要原因; CH4, H2及CO在BCFN膜表面的反应活性依次为H2>CO>CH4; 当CH4气氛中加入H2或CO时, BCFN膜表面的主要发生由CH4直接氧化转变H2或CO的氧化反应, 同时极大提升了BCFN膜反应器的透氧量; BCFN膜表面氧化反应为“晶格氧”氧化反应模式主导.     

Rh/SiO_2催化剂上甲烷部分氧化制合成气的反应机理

采用原位Raman光谱技术,在原料气中的O2未完全耗尽的条件下,对CH4部分氧化制合成气反应的Rh/SiO2催化剂床层前部贵金属物种的化学态以及由CH4解离所生成的碳物种进行了表征.在此基础上采用脉冲反应和同位素示踪技术,比较了CH4的部分氧化及其与H2O和CO2的重整等反应对催化剂床层氧化区内CO和H2生成的相对贡献,并将实验结果与Ra-man光谱表征结果进行了关联.结果表明,在600°C下将还原后的4%Rh/SiO2催化剂切入CH4:O2:Ar=2:1:45原料气,催化剂床层前部未检测到铑氧化物的Raman谱峰,但可清晰检测到源于CH4解离的碳物种;在700°C和接触时间小于1ms的条件下,催化剂床层的氧化区内已有大量CO和H2生成,在相同的实验条件下,CH4与H2O或CO2重整反应对氧化区内合成气生成的贡献则很小;以CH4:16O2:H218O:He=2:1:2:95为原料气的同位素示踪实验结果表明,在原料气中16O2未完全耗尽的情况下,反应产物中C16O的含量占CO生成总量的92.3%,表明CO主要来自CH4的部分氧化反应.上述结果均表明,在O2存在下Rh/SiO2催化剂上CO和H2可以通过CH4直接解离和部分氧化机理生成.     

流化床中 CH4/C3H8 自热重整制合成气

 在流化床反应器中, 考察了 Ni/SiO2 催化剂上 CH4 或 CH4-C3H8 临氧 CO2 重整 (自热重整) 制合成气反应性能. 结果表明, 在 CH4-C3H8 混合气自热重整反应中, Ni 粒径较小催化剂的活性和抗积炭性能较高, CH4 和 CO2 转化率分别达 75.5% 和 72.6%. C3H8 比 CH4 更易解离及被氧化, 部分 C3H8 解离出来的中间产物 CHx 物种可与吸附 H 结合为 CH4, 因而降低了 CH4 的表观转化率; CHx 也可与吸附的 CO2 物种反应生成 H2 与 CO, 从而促进了 CO2 的转化.     

不同粒径的Ni/SiO2催化剂上CH4和CO2吸附活化的漫反射傅里叶变换红外光谱研究

 采用原位漫反射傅里叶变换红外光谱研究了CH4和CO2在不同粒径的Ni/SiO2催化剂上的吸附及活化. 结果表明,在不同粒径的催化剂上,检测到有CH4解离生成的CHx(x=1～3)物种,以及催化剂表面吸附的CHx物种与表面-OH 作用生成的CHx-O物种. CH4的裂解强烈依赖于催化剂表面Ni颗粒的大小,在粒径8 nm左右的Ni颗粒上, CH4较易解离; CO2难以直接在Ni/SiO2催化剂表面发生解离吸附,但CH4解离生成的吸附H对CO2的解离吸附具有明显的促进作用; CH4与CO2共吸附时,较小粒径的Ni可以促进CO2与表面氧物种发生反应,生成单齿表面碳酸盐物种.     

Ni/La2O3/α-Al2O3中的高温脱附氢促进CH4/CO2重整反应的初活性

 通过H2程序升温脱附实验,在H2还原的Ni/La2O3/α-Al2O3催化剂上可以明显观察到高温脱附氢(高温氢). 动力学实验结果表明,随催化剂上高温氢含量的增加, CH4/CO2重整反应的初始活性升高,同时高温氢也可在重整反应过程中原位生成,并使重整反应的活性最终达到稳定. 脉冲实验结果表明,随催化剂上高温氢含量的增加, CH4解离后生成的活性中间体CHx物种的x值也增大,进而降低了CHx与CO2反应的活化能,提高了CHx与CO2反应的速率. La2O3助剂的添加提高了Ni/La2O3/α-Al2O3催化剂上逆水气变换反应的速率,并且对CO2的活化也有促进作用. La2O3助剂的加入对于CH4/CO2重整反应的重要作用是使高温氢的数量增多且稳定性提高,有利于保持CHx物种中较高的x值,促进重整反应.     

焦炉煤气甲烷重整制氢热力学分析和实验研究(英文)

对焦炉煤气甲烷部分氧化重整热力学进行分析,考察反应温度、CH4/O2摩尔比及水蒸气加入量等因素对重整性能的影响,并分析焦炉煤气原始氢含量对其部分氧化重整性能的影响.分析结果表明甲烷转化率均随CH4/O2摩尔比和水蒸气加入量的增大以及反应温度的升高而增大.在CH4/O2摩尔比1.7-2.1,温度825-900℃及压力1.01×105Pa的反应条件下,可得较好重整性能;甲烷转化率,氢及一氧化碳的选择性分别为91.0%-99.9%,87.0%-93.4%和100%-107%,重整后得到的氢量增大到原始氢量的1.95-2.05倍,每摩尔焦炉煤气消耗的热量仅为2.94J,同时得出在CH4/O2摩尔比2,温度825-900℃及1.01×105Pa条件下,往焦炉煤气内添加体积分数为2%-4%的水蒸气时重整性能得到较大提高;重整后甲烷转化率、氢及一氧化碳选择性分别由92.6%、87.2%、104%增大到98.6%、96.4%、107%.并在BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ透氧膜反应器上研究NiO/MgO固溶体催化剂焦炉煤气部分氧化重整性能.结果表明该重整反应效果较好,于875℃下获得16.3mL.cm-2.min-1透氧量,95%甲烷转化率及80.5%氢和106%一氧化碳选择性.且所得实验结果与热力学分析结果符合较好,表明NiO/MgO固溶体催化剂有较好的催化重整性能.     

Ni/MgO-Al2O3催化剂上高温焦油组分的催化转化

采用分步浸渍法制备了MgO-Al2O3负载的Ni基催化剂, 并运用N2吸附、载射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等手段进行表征. 该催化剂用于甲苯或萘为焦油模拟化合物的高温焦炉煤气(COG)的常压加氢裂解反应, 并考察了H2浓度、H2S对催化剂活性的影响. 结果表明: 催化剂还原后, 表面形成均匀分散、直径为8-14 nm的金属Ni纳米颗粒; 在较低的水碳摩尔比(nH2O/nC=0.28)时, 甲苯就能完全转化并选择性地加氢裂解形成CH4, 测试的时间内(480 min), 催化剂没有明显的失活和积炭现象, 显示出好的反应活性、稳定性和耐硫能力. 制得的Ni/MgO-Al2O3催化剂有望应用于较低水含量(10%-15%(φ, 体积分数))的高温焦炉煤气中焦油的直接转化.     

单晶Au表面和Au/TiO2（110）模型催化剂表面CO氧化反应机理和活性位

在分子尺度上介绍了Au/TiO2(110)模型催化剂表面和单晶Au表面CO氧化反应机理和活性位、以及H2O的作用.在低温(<320 K), H2O起着促进CO氧化的作用, CO氧化的活性位位于金纳米颗粒与TiO2载体界面(Auδ+–Oδ––Ti)的周边. O2和H2O在金纳米颗粒与TiO2载体界面边缘处反应形成OOH,而形成的OOH使O–O键活化,随后OOH与CO反应生成CO2.300 K时CO2的形成速率受限于O2压力与该反应机理相印证.相反,在高温(>320 K)下,因暴露于CO中而导致催化剂表面重组,在表面形成低配位金原子.低配位的金原子吸附O2,随后O2解离,并在金属金表面氧化CO.     

介质阻挡放电和CuZSM-5结合体系中等离子体对C2H4的作用

采用吸附、程序升温脱附及氧化和发射光谱等技术研究了介质阻挡放电对气相和催化剂表面吸附乙烯的作用. 实验表明, 介质阻挡放电等离子体能脱附催化剂表面吸附物种(如CO2和H2O等), 并引发表面化学反应生成新物种(如在等离子体作用下C2H4和O2生成CO2和H2O); 改变催化剂表面积碳化合物结构, 并降低其起燃点; 引发气相中乙烯发生反应生成中间物种或碎片(如CN和CH等). 在富氧体系NO/O2/N2中加入C2H4, 能使介质阻挡放电等离子体和CuZSM-5“一段法”结合体系产生协同效应, 提高NOx转化率. 该协同效应的产生与等离子体在气相及催化剂表面引发化学反应, 产生参与NOx还原反应的新稳态物种和短寿命高能活性物种有关.     

Cr2O3催化剂上甲烷部分氧化制备合成气

分别采用柠檬酸络合法和直接分解法制备了Cr2O3催化剂, 采用XRD, BET, TPR, XPS, TEM和TGA表征了催化剂的物理化学性质, 在常压固定床石英管(内径5 mm)反应器中考察了Cr2O3催化剂对甲烷部分氧化反应的催化性能. 在500~750 ℃, V(CH4)∶V(O2)=2, 空速12×104 h-1的条件下, O2几乎完全转化, CH4转化率及H2和CO选择性随着温度的升高而增加. 700 ℃下CH4转化率及H2, CO选择性随着空速(6.0×104~24×104 h-1)的升高而增加. 在500 h稳定性实验中, 随着反应时间的延长, CH4转化率及H2, CO选择性缓慢下降, XRD, TEM和BET结果表明, 催化剂的活性下降与烧结和团聚有关, TGA分析表明催化剂具有良好的抗积炭性. 通过CH4脉冲反应, 推测在反应过程中CO, H2, CO2和H2O是直接生成的.     

Ni／Al2O3催化剂上CH4／CO2重整的脉冲反应研究

报道了用脉冲反应研究Ｎｉ／Ａｌ２Ｏ３催化剂上ＣＨ４／ＣＯ２重整反应的结果。脉冲反应显示，在还原的Ｎｉ／Ａｌ２Ｏ３催化剂上，ＣＨ４在６７３Ｋ就开始发生分解，并有Ｃ２Ｈ６、Ｃ２Ｈ４生成，１０２３Ｋ下，ＣＨ４几乎完全分解，单纯的ＣＯ２则很难在还原的催化剂上发生反应，在９７３Ｋ以上的高温下才会有少量Ｃ胜成ＣＯ．ＣＨＣＯ２的脉冲反应表明，当ＣＨ４在较低温度下开始分解时，ＣＯ２也会发生分解，并生成ＣＯ。脉冲反     

CO2在Cu表面还原成碳氢化合物的DFT计算研究

应用密度泛函理论（DFT）反应能计算及最小能量路径分析研究了CO2在气相和电化学环境中于Cu(111)单晶表面的还原过程。气相中,CO2还原为碳氢化合物的反应路径可能为：CO2(g) + H* → COOH* → (CO +OH)* → CHO*;CHO + H* → CH2O* → (CH2 + O)*;CH2* + 2H* → CH4或2CH2* → C2H4。整个反应由CO2(g) + H* → COOH* → (CO +OH)*,(CO + H)* → CHO*和CH2O* → (CH2 + O)*等几个步骤联合控制。在-0.50V (vs RHE) 以正的电势下,CO2在Cu(111)表面电化学还原主要形成HCOO-和CO吸附物;随着电势逐渐负移,CO2加氢解离形成CO的反应越来越容易,CO成为主要产物;随电势进一步变负,形成碳氢化合物的趋势逐渐变强。与CO2的气相化学还原不同的是,电化学环境下CO质子化形成的CHO中间体倾向于解离形成CH,而在气相中CHO中间体则倾向于进一步质子化形成CH2O中间体。     

原位FT-IR研究甲烷和氧与SrO-La_2O_3/CaO催化剂表面的相互作用和反应(英文)

用原位FT－IR研究了甲烷和氧与纯CaO,La_2O_3和SrO氧化物以及LC和SLC催化剂的相互作用和反应．当不存在气相氧时,引入的甲烷与表面晶格氧反应生成碳酸盐物种。在室温或高温下,在这些氧化物和催化剂上不能检测到CH_4或O_2的吸附物类。但是,当CH_4和O_2同时存在时,在La_2O_3和LC催化剂上能检测到1118cm~－1的新谱带、这一谱带可能来自于表面碳酸盐在高温下氧气氛中的分解,并可归属为物种。甲烷与这一活性氧物种反应生成C_2H_4。但对SLC催化剂,在高温下不能检测到物种,而甲烷和氧在高温下反应也能产生表面碳酸盐并在气相中形成乙烯,这就表明,气相氧对这些催化剂也起着关键作用,但是在LC和SLC催化剂上甲烷氧化偶联反应可能有本质上的差别。     

Ni-Co双金属催化剂上沼气重整制氢机理

用传统湿式浸渍法制备了La₂O₃掺杂的商业γ-Al₂O₃负载的沼气重整催化剂Ni-Co/La₂O₃-γ-Al₂O₃, 并用程序升温加氢(TPH)、程序升温氧化(TPO)、程序升温表面反应(TPSR)、程序升温脱附(TPD)及脉冲实验对催化剂进行了表征. 结果表明, 沼气重整过程中Ni-Co/La₂O₃-γ-Al₂O₃催化剂上的表面碳物种主要来源于CH₄的裂解, CO₂的贡献很小. CH₄裂解能够产生三种活性不同的碳物种, 即C_α、C_β与C_γ. 随着反应的进行, C_α物种减小而C_β与C_γ物种增加, 且C_γ物种能够转变为惰性的石墨碳. 重整反应过程中CH₄与CO₂的活化能相互促进. 催化剂表面的O物种与C反应生成CO或与CH_x反应生成CH_xO再分解为CO与吸附态的H物种, 可能是Ni-Co/La₂O₃-γ-Al₂O₃催化剂上沼气重整的速率控制步骤.     

CO2 reforming of CH4 on Ni(111): a density functional theory calculation

CO(2) reforming of CH(4) on Ni(111) was investigated by using density functional theory. On the basis of thermodynamic analyses, the first step is CH(4) sequential dissociation into surface CH (CH(4) --> CH(3) --> CH(2) --> CH) and hydrogen, and CO(2) dissociation into surface CO and O (CO(2) --> CO + O). The second step is CH oxygenation into CHO (CH + O --> CHO), which is more favored than dissociation into C and hydrogen (CH --> C + H). The third step is the dissociation of CHO into surface CO and H (CHO --> CO + H). This can explain the enhanced selectivity toward the formation of CO and H(2) on Ni catalysts. It is found that surface carbon formation by the Bouduard back reaction (2CO = C((ads)) + CO(2)) is more favored than by CH(4) sequential dehydrogenation. The major problem of CO(2) reforming of CH(4) is the very strong CO adsorption on Ni(111), which results in the accumulation of CO on the surface and hinders the subsequent reactions and promotes carbon deposition. Therefore, promoting CO desorption should maintain the reactivity and stability of Ni catalysts. The computed energy barriers of the most favorable elementary reaction identify the CH(4) activation into CH(3) and H as the rate-determining step of CO(2) reforming of CH(4) on Ni(111), in agreement with the isotopic experimental results.     

Ni/Al2O3催化剂表面状态对CH4氧化反应的影响

采用瞬变响应技术研究了常压700℃条件下气相O2、Ni/Al2O3催化剂表面上可逆吸附氧物种及催化剂的表面状态对CH4吸附、反应以及CH4部分氧化反应的影响,同时也对CH4部分氧化制合成气反应过程中催化剂表面所处的状态进行了研究.结果表明,如果催化剂表面处于氧化态,CH4不能吸附分解,只能通过RidealEley机理与催化剂表面的吸附氧进行非选择性氧化反应,这将严重影响CH4的转化和目的产物H2、CO的选择性.只有在还原的催化剂上,CH4部分氧化制合成气反应才能高转化、高选择性地进行.在CH4部分氧化制合成气反应过程中,催化剂表面处于还原态,不存在多余的中间氧物种NiO,但存在少量的碳物种,这有利于保持催化剂的还原态和抑制CO2的生成.     

Ni-Cu-Al2O3催化剂的活性相及作用机理

对新鲜和７００℃反应过的Ｎｉ－Ａｌ和Ｎｉ－Ｃｕ－Ａｌ催化剂的ＸＲＤ、ＸＰＳ表征结果表明，新鲜ＮｉＯ－Ａｌ２Ｏ３催化剂体相中的ＮｉＯ，ＮｉＡｌ２Ｏ４经７００℃反应后转变成金属Ｎｉ，同时表面的镍物种由单一的ＮｉＡｌ２Ｏ４变为ＮｉＡｌ２Ｏ４，ＮｉＯ和金属Ｎｉ的混合物，经反应后ＮｉＯ－ＣｕＯ－Ａｌ２Ｏ３催化剂体相和表相中的ＮｉＡｌ２Ｏ４，ＣｕＡｌ２Ｏ４均转变成为Ｎｉ－Ｃｕ合金，这是此催化剂对甲烷部分氧化反     

CH4部分氧化制氢Ni-Cu/ZrSiO催化剂的研究

采用表面反应改性法制备了ZrO2-SiO2(ZrSiO)表面复合物，用等体积浸渍法制备了ZrSiO负载的Ni-Cu双金属催化剂，并用IR、TPD、TPSR和微反技术考察了CH4、H2O和O2在催化剂表面上的化学吸附及反应性能。结果表明，在Ni-Cu /ZrSiO催化剂上存在着Ni-Cu金属位，Lewis酸位Znn+和碱位Zr-O－三类活性中心；CH4和H2O在金属位和Lewis酸位Znn+和碱位Zr-O－的协同作用下可形成解离吸附态； CH4、H2O和O2在Ni-Cu /ZrSiO催化剂表面上的主要反应产物为H2和CO2，选择性均在95％以上。     

Co—MgO催化剂上NO—程序升温表面反应和NO—CH4反应

ＮＯ，程序升温表面反应（ＴＰＳＲ），ＮＯ－ＣＨ４反应，Ｃｏ－ＭｇＯ