溶液燃烧法制备的Ni基催化剂及其浆态床甲烷化催化性能

分别以硝酸铝、硝酸氧锆、硝酸镧和硝酸铈为载体前驱体,与硝酸镍和尿素配制水溶液,采用溶液燃烧法制备了Ni-Al2O3、Ni-Zr O2、Ni-La2O3和Ni-Ce O2催化剂,研究了浆态床CO甲烷化催化性能,并进行了低温N2吸附-脱附、XRD、SEM、TEM、H2-TPR和H2化学吸附等表征分析。结果表明,以硝酸铝为前驱体制备Ni-Al2O3催化剂时燃烧火焰稳定且持续时间长,达23 s,样品比表面积(468 m2·g-1)和金属Ni表面积(10 m2·g-1)均较大、Ni粒径小(3~5 nm)且分散度高,CO甲烷化催化活性和稳定性好,CO转化率和CH4选择性分别达到94%和95%,在100 h的甲烷化反应中未出现明显失活;以硝酸氧锆和硝酸镧为前驱体制备样品时未出现明显的燃烧火焰,持续时间仅为12 s和5 s,催化剂比表面积、金属表面积及催化活性均较低;以硝酸铈为前驱体制备样品时燃烧过程迅速而剧烈,样品比表面积(22 m2·g-1)和金属Ni表面积(5 m2·g-1)小、Ni粒径大且分散性差,甲烷化催化性能最差,CO转化率仅为41%,CH4选择性仅为89%。     

复合氧化物载体对镍基催化剂上CO甲烷化反应性能的影响(英文)

采用改良的粉末混合法制备了系列经过其它金属氧化物改性的NiO/Al2O3催化剂,并运用X射线衍射、透射电子显微镜、N2低温物理吸附-脱附、程序升温还原、程序升温脱附、拉曼以及X射线光电子能谱对催化剂进行了表征.结果显示,在300~700oC经MgO修饰的NiO/Al2O3催化剂上CO甲烷化反应活性比NiO/ZrO2-Al2O3和NiO/SiO2-Al2O3的高.另一金属氧化物的加入削弱了NiO/Al2O3催化剂中Ni-Al间相互作用,形成更多的活性Ni物种,从而促进了反应的进行.     

甲烷部分氧化制合成气:载体及助剂对Ni系催化剂活性的影响

 采用浸渍法制备了Ni系催化剂,并用程序升温还原和X射线衍射技术对催化剂进行了表征,用固定床微反装置考察了催化剂的催化活性．活性考察结果表明,在Ni担载量为8％的Ni／γ－Al2O3,Ni／δ－Al2O3,Ni／θ－Al2O3和Ni／α－Al2O3四种催化剂上,甲烷部分氧化制合成气反应的活性及产物选择性存在着明显的差异．在770℃下,甲烷转化率及CO和H2的选择性按Ni／γ－Al2O3＜Ni／δ－Al2O3＜Ni／θ－Al2O3≈Ni／α－Al2O3顺序排列．在相同的条件下,加入适量的CeO2助剂后,Ni／γ－Al2O3和Ni／δ－Al2O3上的反应活性和选择性显著提高,而Ni／θ－Al2O3和Ni／α－Al2O3上的活性和选择性却变化不大．同时,表征结果显示,Ni易与γ－Al2O3形成镍铝尖晶石NiAl2O4,加入CeO2助剂能有效地抑制该组分的生成,而Ni／α－Al2O3样品中未发现NiAl2O4．因此,不同Ni／Al2O3催化剂体系上的反应活性及选择性的差异可归结为不同结构Al2O3载体的性质不同,及CeO2对抑制镍铝尖晶石生成的效果不同．     

燃料对燃烧法制备Ni-Al_2O_3催化剂结构及浆态床甲烷化催化性能的影响

分别采用浸渍燃烧法和共燃烧法制备了一系列Ni-Al_2O_3催化剂,并对催化剂进行了表征,研究了燃料种类对不同方法制备的催化剂结构及浆态床CO甲烷化性能的影响.结果表明,以尿素、甘氨酸和乙二醇为燃料时,采用浸渍燃烧法制备的Ni-Al_2O_3催化剂织构性质均与载体相近,各催化剂金属Ni分散度和Ni晶粒相差不大,甲烷化性能接近,在260℃反应温度下CO转化率在80.1%~83.5%之间.而共燃烧法制备的Ni-Al_2O_3催化剂受燃烧过程影响明显,以甘氨酸和乙二醇为燃料时制得的催化剂比表面积较小,金属Ni分散度低且Ni晶粒较大,因而甲烷化活性较低;以尿素为燃料制备的催化剂比表面积大且Ni晶粒较小,CO转化率和CH_4选择性分别达到84.7%和91.1%.     

Ni/Al2O3和Ni/La2O3催化剂上低温乙醇水蒸气重整制氢

 采用浸渍、热分解和氢还原等步骤制备了两种纳米晶载体催化剂Ni/Al2O3和Ni/La2O3,应用X射线衍射、X射线光电子能谱、N2吸附和扫描电镜对催化剂的体相和表面结构进行了测定,采用固定床反应器考察了催化剂对乙醇水蒸气重整制氢反应的催化性能. 实验结果表明, 15.3%Ni/La2O3催化剂对乙醇的低温水蒸气重整反应表现出较高的催化活性和稳定性. 250 ℃时乙醇的转化率已达到80.7%,氢气的选择性为49.5%; 330 ℃时乙醇的转化率达到100%,氢气的选择性可达54.3%. 16.1%Ni/Al2O3催化剂对低温乙醇水蒸气重整反应的催化活性较低.     

掺杂助剂Ce和Zr的Ni/Al2O3催化剂的X光电子能谱分析

以Na2CO3为沉淀剂,在pH 9.0的沉淀条件下,采用并流沉淀法制备了Ni/Al2O3、Ni/CeO2-Al2O3、Ni/ZrO2-Al2O3和Ni/ZrO2-CeO2-Al2O34种催化剂,催化剂中Ni负载量(质量分数)为10%。采用XPS表征手段及常压固定床反应器对催化剂进行活性评价,考察了助剂Ce和Zr及二者的协同作用对Ni基催化剂表面物种结合能的影响以及对甲烷自热重整制氢反应性能的影响。结果表明,助剂Ce和Zr的添加及二者的协同作用对Ni基催化剂表面各物种的结合能均有一定的影响,结合评价结果可知,Ce和Zr二者的协同作用对Ni基催化剂的催化性能提高最大。     

钴基F-T合成重质烃催化剂载体效应的研究

 考察了ZrO2,Al2O3和SiO2等载体对Co基催化剂上CO加氢反应性能的影响．结果表明,载体的特性明显影响CO转化率、产物分布及链增长几率．氧化态催化剂上的钴主要以Co3O4形态存在,其晶粒大小的顺序为Co／ZrO2＜Co／SiO2＜Co／Al2O3．XPS测试结果表明,载体与钴之间存在着相互作用．     

Ni/CeO2前驱体分解方法对CO甲烷化活性的影响

CO甲烷化制备合成天然气是煤化工的重要过程之一,也是合成氨过程和燃料电池除去痕量CO的重要反应.CO甲烷化催化剂包括贵金属催化剂和镍基催化剂.其中,镍基催化剂由于具有较好的活性以及较低的成本受到广泛的重视.目前,镍基CO甲烷化催化剂仍需解决的问题是提高低温活性以及抗积碳性能.目前的改进方法主要包括:(1)控制催化剂尺寸;(2)控制催化剂结构;(3)提高Ni-载体的相互作用;(4)使用结构可控的载体;(5)改进载体性质.其中,通过控制催化剂尺寸来控制催化剂结构是一种有效的改进方式.使用冷等离子体来分解镍前驱体是一种快速有效的制备尺寸小、分散度好的镍基催化剂的方法.本文使用常压介质阻挡放电等离子体(150°C左右)分解硝酸镍前驱体,得到的催化剂再经过500°C氢气还原得到高分散Ni/CeO_2催化剂.作为对比,同时采用常规热焙烧方法分解硝酸镍制备了催化剂.对催化剂进行了X射线衍射(XRD)、CO脉冲化学吸附、CO程序升温脱附(CO-TPD)、CO红外漫反射光谱(CO-DFTIR)及X射线光电子能谱(XPS)等分析,同时进行了CO甲烷化反应活性和300°C下稳定性测试,发现等离子体分解制备得到的催化剂具有更好的CO低温甲烷化性能、更高的CH_4选择性、更好的低温稳定性和抗积碳性能.在250°C时,等离子体分解法制备的催化剂上的CO转化率能达到96.8%,CH_4选择性接近100%,但是热焙烧分解制备的催化剂上却只有14.7%的CO转化率.在低温(300°C)稳定性测试中,等离子体分解制备的催化剂具有优异的稳定性.与常规热焙烧方法得到的催化剂相比,等离子体制备得到的催化剂具有高的Ni分散度、更高的CO吸附性能以及更强的金属-载体相互作用.由于金属-载体相互作用被加强,部分电子由载体转移到金属Ni上,增强了金属与CO反键π轨道之间的电子密度, C–O键更易断裂,有利于甲烷化的发生.此外, XPS分析表明等离子体制备的催化剂表面有更多的Ce~(3+),证明了更多氧空位的存在.在Ni-载体界面上CO的O原子更容易被CeO_2的氧空位捕获而解离.更高的分散度提供了更多的Ni比表面积,也有利于加氢过程的进行,从而提高甲烷化活性.CO甲烷化稳定性测试之后催化剂的TG-DSC表征结果表明,等离子体分解制备的催化剂具有更少的积碳及更多的活性镍组分,同时催化剂上积碳的氧化温度更低,表明积碳具有更好的反应活性.综上所述,等离子体低温分解制备的Ni/CeO_2表现出了更大的比表面积、更高的Ni分散度、增强的CO吸附性能和更多的氧空位,促进了CO甲烷化活性的提高.与文献数据相比,该催化剂具有更高的CO转化速率.     

柠檬酸凝胶法合成Ni-ZrO_2催化剂及其低温浆态床甲烷化性能研究

采用柠檬酸凝胶法制备不同温度焙烧的Ni-ZrO_2催化剂,考察了催化剂的表面性质和结构对低温浆态床CO甲烷化性能的影响.结果表明,随着焙烧温度的升高,催化剂的比表面积和孔容逐渐减小,金属Ni分散度先增加后减小,Ni晶粒先减小后增大.450℃焙烧的Ni-ZrO_2催化剂金属Ni分散度最高、Ni物种与载体ZrO_2的相互作用最强、对反应物CO分子的吸附作用适中且脱附量大,在260℃、1.0 MPa和H_2/CO摩尔比为3的条件下,CO转化率达到61.6%,且催化活性稳定,750℃焙烧的催化剂反应后金属Ni团聚且晶粒长大,导致催化剂失活.     

用常压高频冷等离子体射流还原Ni/γ-Al2O3催化剂的新方法

采用大气压高频冷等离子体炬,对用于甲烷和CO2重整反应的Ni/γ-Al2O3催化剂进行还原.考察了还原后催化剂的反应活性和选择性,并与常规方法还原的催化剂进行了对比.结果表明,采用这种新方法还原催化剂只需10 min,操作快速简便,并且还原后的催化剂的活性和选择性都明显优于常规催化剂.在850℃,原料气CH4和CO2的摩尔比为4/6的条件下反应时,可获得95.77%的甲烷转化率、75.65%的CO2转化率、100%的H2选择性和94.79%的CO选择性.此外,该新型催化剂具有较好的稳定性,连续反应36 h后,活性基本不下降.XRD表征结果发现,采用该方法还原的催化剂只有金属镍和γ-Al2O3相,没有检测到Ni Al2O4以及其它镍氧化物.与常规催化剂相比,采用等离子体还原的新型催化剂具有较小的镍晶粒尺寸,金属活性组分的分散度大大提高.     

焙烧条件对浆态床CO甲烷化Ni-Al2O3催化剂性能的影响

结合行星式球磨机,采用机械化学法制备Ni-Al₂O₃催化剂,考察了焙烧温度和焙烧时间对Ni-Al₂O₃催化剂晶相结构、还原特征、孔道结构和浆态床CO甲烷化性能的影响。通过XRD、H₂-TPR、BET、XPS和TPH等方法对反应前后催化剂进行表征。结果表明,焙烧温度从350℃升高到700℃,活性前体NiO仍在载体表面高度分散,催化剂还原峰温向高温方向偏移。其中,450℃条件下焙烧所获得的cat-450试样比表面积最大,为350 m²/g。评价结果显示,焙烧温度从350℃升高到700℃,CO转化率、CH₄选择性和收率均呈先升高后降低的趋势,于450℃达到最大值,分别为97.8%、88.2%和86.2%。另外,焙烧时间对催化剂的还原性能影响较小,对载体Al₂O₃的晶相结构有一定影响。随焙烧时间延长,CO转化率稍有降低,而后增大;焙烧时间为4 h,CH₄选择性和收率均较大。     

不同载体对负载型Cu-Fe催化剂CO加氢反应性能的影响

以不同的氧化物为载体,采用共浸渍法制备了一系列负载型的Cu-Fe催化剂Cu-Fe/MO_x(MO_x=ZnO、ZrO₂、TiO₂、SiO₂、MgO、Al₂O₃),并采用X射线衍射(XRD)、N₂吸附(N₂-adsorption)、程序升温还原(H₂-TPR)和一氧化碳程序升温脱附(CO-TPD)技术对催化剂进行了表征。在温度为250℃、压力为3 MPa和原料气空速为6 000 mL/(g·h)的反应条件下,在连续流动微型固定床反应装置上考察了其催化CO加氢合成低碳醇的反应性能。结果表明,与其他氧化物为载体的催化剂相比,Cu-Fe/SiO₂催化剂表面CuO的分散度较高,在较低的温度下容易被还原,具有较强的CO吸附能力,从而同时具有较高的活性和低碳醇选择性。     

负载Ni催化剂上低温甘油蒸汽重整制氢

采用等体积浸渍法制备了Al₂O₃、CeO₂、TiO₂及MgO负载Ni催化剂,考察了它们对甘油蒸汽重整制氢反应的催化性能。采用X射线衍射、N₂吸附、透射电镜及H₂程序升温还原等方法对催化剂进行了表征。结果表明,载体对Ni催化剂的活性有显著影响。在400 ℃下Ni/CeO₂的催化活性明显好于其他催化剂,活性次序为Ni/CeO₂> Ni/Al₂O₃ > Ni/TiO₂ ~ Ni/MgO。Ni/CeO₂也具有好的稳定性,反应20 h未见活性下降,甘油转化率70%,氢气收率69.2%。这与CeO₂的本性及其与活性组分的相互作用有关。Al₂O₃具有较大的比表面积与孔体积,有利于CO吸附及甲烷化反应的进行,使得Ni/Al₂O₃催化剂在较高温度下具有很高的甘油转化率85.7%,但H₂选择性较差。由于MgO载体与活性组分强的相互作用而生成NiMgO₂固溶体,导致Ni/MgO低温活性差。     

Ce含量对Ni-Ce/Al_2O_3催化剂结构及浆态床CO甲烷化性能的影响

以γ-Al2O3为载体,采用等体积浸渍法制备了不同Ce含量的Ni-Ce/Al2O3催化剂,并考察了其浆态床CO甲烷化反应性能。借助XRD、BET、H2-TPR及CO-TPD等对催化剂进行了表征分析,研究了催化剂的微观结构与甲烷化性能之间的关系。结果表明,助剂Ce的引入能够加强Ni物种与载体之间的相互作用、增强活性组分Ni对CO的吸附能力。随着Ce含量的升高,Ni物种在载体表面的分散度提高、Ni晶粒粒径减小,催化剂的比表面积及与载体相互作用较强的β-NiO相对含量先升后降。催化剂的浆态床甲烷化活性随Ce含量的升高呈现规律性的变化,CO转化率和CH4时空收率先增加后略有下降,当Ce含量为4%(质量分数)时,催化剂甲烷化活性最佳。     

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。     

CeO2的形貌特征对Ni/CeO2催化剂CO甲烷化性能的影响

通过改变制备方法合成了不同形貌的CeO_2载体(包括球状CeO_2-S、花苞状CeO_2-F和多面体状CeO_2-P),并用氨水配位浸渍法制备了Ni/CeO_2催化剂。研究了CeO_2载体结构与Ni/CeO_2催化剂上CO甲烷化反应性能的关系。结果表明,CeO_2-S、CeO_2-F和CeO_2-P载体暴露的晶面和氧空位不同,对Ni/CeO_2催化剂催化活性影响也不相同。CeO_2-S氧空位最多,Ni/CeO_2-S在350℃下CO转化率和CH4选择性分别达到99.19%和88.88%。10 h热稳定性测试结果表明,Ni/CeO_2-S催化剂上的积炭量最少(2.5%),CH4选择性一直保持在80%左右,分别是Ni/CeO_2-F的1.3倍和Ni/CeO_2-P的17.6倍。这主要归因于CeO_2-S载体比表面积较大,主要暴露[111]晶面,且表面氧空位含量较多,使Ni/CeO_2-S催化剂的载体与活性中心的相互作用增强,从而呈现出优异的抗积炭性能。     

Pd/Co3O4纳米颗粒负载于Al2O3纳米片高效催化甲烷燃烧

We report an efficient catalyst composed of ternary components prepared by inlaying Pd/Co₃O₄ nanoparticles in alkaline Al₂O₃ nanosheets for catalytic oxidation of methane. Pd/Co₃O₄ inlaid in alkaline Al₂O₃ exhibited a higher ability to break the C-H bond of methane than Pd/Co₃O₄ supported on SiO₂, ZrO₂, CeO₂, and acidic or neutral Al₂O₃. Our results show more oxygen vacancies and higher amounts of surface adsorbed oxygen on the surface of Pd/Co₃O₄/alkaline Al₂O₃ than on other catalysts, which is responsible for methane activation and conversion. Further, the Pd/Co₃O₄/alkaline Al₂O₃ catalyst can almost restore to its initial value in the absence of water when 5% (volume fraction) vapor water was cut off, although a decrease in activity occurred when water vapor was introduced to the reaction system. Even under a condition similar to the exhaust of a lean-burn natural gas engine, the catalytic performance of the Pd/Co₃O₄/alkaline Al₂O₃ catalyst is excellent, that is, methane could be completely converted when the sample temperature in the reaction atmosphere was ramped to 400℃.     

载体类型对Ni基催化剂甲烷干重整反应性能的影响

以不同载体负载NiO制备了甲烷干重整催化剂并对所制备的催化剂采用等温氮气吸附、XRD、H₂-TPR、H₂化学吸附等进行了表征。结果表明,载体性质对NiO的存在状态影响较大。SiO₂、TiO₂以及ZrO₂与NiO的相互作用较弱,催化剂易于被还原活化,而正是由于其与NiO的弱相互作用,导致活性金属在反应过程中易迁移聚集而失活。Al₂O₃和MgO均与NiO有强相互作用,易分别生成NiAl₂O₄尖晶石和NiO-MgO固溶体,导致其难以被还原活化。经MgO改性的Al₂O₃载体不仅具有较大的比表面积,而且与NiO的相互作用强度适中,这有利于NiO的分散和稳定,以其为载体制备的催化剂在较高空速下表现出优异的催化反应活性和稳定性,催化剂连续稳定运行100h不失活。     

在负载铼催化剂上由CO2/H2合成甲醇的研究

CO加H₂合成甲醇的工作已应用于工业化生产,其中多采用锌、铬、铜基催化剂。而CO₂加H₂合成甲醇研究工作尚不很多,其催化剂多数是在CO/H₂制甲醇催化剂基础上发展而来。     

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.