铈基与钴基Co3O4-CeO2氧载体上甲烷化学链转化特性: 产物选择性控制

采用水热法制备了Co₃O₄/CeO₂(x)[x为钴铈原子摩尔比n(Co):n(Ce)=6:49:1]和Ce_1-yCo_yO_2-δ(y=0.10.4)2个系列复合氧化物, 并表征了材料的物理化学性质, 考察了这些氧化物作为氧载体参与甲烷化学链转化(化学链燃烧和化学链部分氧化)的反应性能. 结果表明, 2类复合氧化物的甲烷反应活性均明显优于单一氧化物CeO₂或Co₃O₄, 但2类氧载体上的甲烷反应产物的选择性具有明显差异. Ce_1-yCo_yO_2-δ氧载体形成了Ce-Co-O固溶体, 储氧能力明显增强, 体相晶格氧迁移速率与甲烷活化速率匹配较好, 甲烷反应产物以CO和H₂的合成气为主, 有利于甲烷的化学链部分氧化. Co₃O₄/CeO₂(x)氧载体中CeO₂与Co₃O₄之间的相互作用改善了材料的储氧能力和氧化活性, 其与甲烷反应时主要生成CO₂, 有利于甲烷化学链燃烧. 连续性化学链循环实验表明, 2类氧载体均具有较好的再生性能和循环稳定性.     

Fe2O3/Al2O3氧载体用于甲烷化学链燃烧：负载量与制备方法的影响

以不同方法制备了系列Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体,采用XRD、H₂-TPR、CH₄-TPR、O₂-TPD和BET等分析技术对氧载体进行了表征。研究了不同Fe₂O₃负载量氧载体的甲烷化学链燃烧性能,考察了不同制备方法对Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体结构、反应性和产物选择性的影响。结果表明,Fe₂O₃负载量对氧载体活性及产物中CO₂选择性的影响较大,负载量较低时氧载体活性较低且引起甲烷部分氧化产物CO含量增加。制备方法亦对氧载体与甲烷的反应活性有所影响,整体上共沉淀法制备的质量分数60％Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体具有较高的氧化活性和化学链循环稳定性。其在反应温度850℃、反应时间15 min、30次循环后甲烷转化率及产物中CO₂选择性均未见明显降低。     

Co3O4/CeO2 CO氧化的原位红外光谱研究

采用沉淀氧化法制备了Co₃O₄/CeO₂催化剂。分别在干、湿条件下进行了一氧化碳氧化反应研究。运用FT-IR表征手段,在钴铈复合氧化物上进行了CO吸附及CO/O₂共吸附研究。结果表明,与纯的Co₃O₄样品相比,Co₃O₄/CeO₂具有明显的抗湿气能力。Co₃O₄/CeO₂催化剂在进行CO氧化时,表面形成了类碳酸盐物种。当环境温度低于453 K时,催化剂上类碳酸盐的生成与形成类碳酸盐物种后受热分解存在着动态平衡。当环境温度高于493 K,催化剂上生成的类碳酸盐物全部受热分解。氧化铈的加入提高了催化剂的抗湿气性能。较小粒径的Co₃O₄与CeO₂产生的强相互作用可使CeO₂向Co₃O₄提供氧,因而间接提供了CO氧化需要的氧。     

Co3O4/CeO2的氧化还原性能及反应条件对其CO氧化活性的影响

采用沉淀氧化法制备了Co₃O₄/CeO₂催化剂。运用XRD、BET和TPR表征手段,考察了不同钴铈比及焙烧温度对钴铈复合氧化物物理及化学性能的影响,并分别在干、湿条件下进行了一氧化碳氧化反应研究。结果表明,与纯的Co₃O₄相比,在不同比例的Co₃O₄/CeO₂均经723 K焙烧的各种催化剂中,钴铈原子比为9∶1的复合氧化物粒径较小,比表面积较大,说明适当比例铈的添加能使Co₃O₄具有较小的粒径。此氧化物经538 K温度焙烧制得的钴铈比为9∶1的复合氧化物中Co₃O₄平均粒径为7.2 nm, BET比表面积为167.6 m²/g。经TPR考察发现其具有最优的氧化还原性能。     

Ce0.8Cu0.2O2氧载体耦合S-1分子筛对化学链反应性能的影响

在Ce_0.8Cu_0.2O₂氧载体中添加不同质量S-1分子筛，并利用XRD、 BET、 XPS、 SEM、 TEM和CH₄-TPR&CO₂-TPO等表征对氧载体的物化特性和反应性能进行了研究。考察了S-1分子筛添加量对Ce_0.8Cu_0.2O₂氧载体在化学链甲烷重整耦合CO₂还原反应中的性能的影响。与单纯的Ce_0.8Cu_0.2O₂氧载体相比，添加了0.3 g S-1分子筛后复合氧载体的比表面积明显增大，从15.44 m²/g提高至73.27 m²/g。同时热稳定性和结构稳定性也得到了很大的改善。添加了0.3 g S-1分子筛的复合氧载体CH₄转化率由38.93%提升至56.03%,CO₂还原过程中CO产率由1.18 mmol/g增加至2...     

Cu修饰的Fe2O3/Al2O3氧载体的循环反应稳定性研究

采用冷冻干燥法制备了经Cu修饰（10%）的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体。利用热重分析仪分别在850、900和950 ℃等温环境下,使氧载体交替接触还原气体和氧化气体,来模拟氧载体在化学链燃烧中的循环过程。结果表明,经Cu修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体在850和900 ℃下的等温循环过程中反应性能都很稳定,在950 ℃时的循环反应前期有微量烧结,但在循环后期反应性能也很稳定。随着反应温度的升高,氧载体氧化速率增大,还原速率和载氧率先减小后增大。与未经修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体相比较,在900 ℃下作等温循环实验,经Cu修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体具有较高的载氧能力和还原速率,但氧化速率较低;两者都具有较好的循环稳定性。     

载体形貌对Ni3Fe/CeO2催化剂甲烷干重整反应性能的影响

通过改变水热法条件合成了不同形貌CeO₂载体(棒状CeO₂-R、立方体CeO₂-C和多面体CeO₂-P),并用浸渍法制备了Ni₃Fe/CeO₂催化剂,继而研究了不同载体形貌Ni₃Fe/CeO₂催化剂对其甲烷干重整反应性能的影响。采用X射线衍射、N₂吸附-脱附、透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、热重等对反应前后催化剂结构进行表征。结果表明,Ni₃Fe/CeO₂-R具有较大比表面积和较高的氧空位浓度,在甲烷干重整反应中表现出了优异的催化反应活性。800℃时,CH₄和CO₂的转化率分别为82%和91%,且反应10 h性能稳定并且其积炭石墨化程度较低。同时,通过CeO₂-R载体氧空位对CO₂活化,有效抑制了对亲氧性Fe物种的过度氧化行为,反应前后催化剂Ni_...     

Co3O4/WO3复合催化剂的合成及可见光催化转化甲烷制甲醇

本研究通过水热合成法并结合表面浸渍过程制备了Co₃O₄/WO₃复合催化剂,采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电镜（TEM）、紫外-可见吸收光谱等测试技术对Co₃O₄/WO₃复合物的结构组成与微观形貌进行系统表征,在室温可见光照射下研究了Co₃O₄/WO₃对甲烷转化制甲醇的催化性能。结果表明,复合Co₃O₄可显著提升甲烷光催化转化性能,最优催化剂3.0%Co₃O₄/WO₃在可见光照射2 h时的甲烷转化量为2041μmol/g,对应的甲醇产生量及其选择性为1194μmol/g和58.5%,分别为单一WO₃的4.03倍和2.39倍,优于多数文献报道的甲烷转化异相光催化剂,且具有良好的循环稳定性。结合瞬态光电流与电子顺磁共振测...     

化学链制氢中Fe2O3/LaFeO3载氧体的性能研究

采用柠檬酸络合法制备Fe₂O₃/LaFeO₃复合氧化物,将该氧化物作为化学链制氢过程的载氧体,在反应温度为900 ℃、常压下,对Fe₂O₃/CH₄（剂烷比）、进水量、金属负载量进行了考察。结果表明,剂烷比为2：1、进水量为0.1 mL、质量分数15%Fe时载氧体性能最好,甲烷转化率达到60%,单次循环氢气产量为45 mL。将该评价结果与XRD和H₂-TPR表征结果进行关联发现,反应过程的活性位不是金属氧化物,而是吸附氧,而且吸附氧越容易还原,甲烷转化率和氢气产量越高。通过连续60次还原-氧化循环发现,该载氧体上甲烷转化率和氢气产量比较稳定,循环后仍然保持钙钛矿结构。     

柠檬酸对MoO3/CeO2-Al2O3催化剂耐硫甲烷化性能的影响

将柠檬酸（CA）作为络合剂添加至CeO₂-Al₂O₃复合载体中,并考察了CA对MoO₃/CeO₂-Al₂O₃催化剂耐硫甲烷化性能的影响。活性评价结果显示,催化剂活性随柠檬酸添加量的增大而增大,当n（CA）/n（Ce）为3时,CO转化率可达60%。催化剂BET、XRD、H₂-TPR及XPS等表征结果表明,在CeO₂-Al₂O₃复合载体中加入CA,可以增大载体及催化剂的比表面积,使Mo物种分散性提高。同时,CA对Ce物种起络合作用,致使催化剂表面Ce元素含量明显增加,进而减弱了活性组分Mo物种与载体间相互作用力,并最终导致了催化剂活性的提升。     

Cu/Co/Mn基氧载体释氧动力学及机理研究

以溶胶凝胶法制备了CuO/CuAl₂O₄、Co₃O₄/CoAl₂O₄以及Mn₂O₃/Al₂O₃氧载体,在流化床反应器中CO₂气氛下研究了不同温度下氧载体释氧特性,并通过分析得到各氧载体的释氧动力学机理函数、活化能及指前因子等重要参数。释氧过程中,氧载体CuO/CuAl₂O₄中CuO、CuAl₂O₄均为活性相,释氧后转化为Cu₂O及CuAlO₂,而Co₃O₄/CoAl₂O₄及Mn₂O₃/Al₂O₃中CoAl₂O₄和Al₂O₃均为惰性相,仅有Co₃O₄和Mn₂O₃参与释氧并分别转化为CoO和Mn₃O₄。三种氧载体的释氧过程均可由成核-核生长机理描述,释氧初期氧载体经化学反应形成新的活性核心,随后活性核心聚集形成还原态的氧载体团簇。各氧载体释氧的机理函数G(x)有不同的表达式,CuO/CuAl₂O₄、Co₃O₄/CoAl₂O₄、Mn₂O₃/Al₂O₃释氧的活化能E分别为226.37、130.06和65.90 kJ/mol,相对应的指前因子A分别为2.99×10⁶、4.96×10³和27.37 s^-1。     

铈修饰铁基复合载氧体用于化学链甲烷部分氧化重整制合成气研究

以Al₂O₃为惰性载体,利用共沉淀法制备了CeO₂-Fe₂O₃-Al₂O₃复合载氧体,并对载氧体进行了XRD、SEM表征。在固定床反应器中,考察了程序升温、恒温、多循环等操作条件下,载氧体对甲烷部分氧化重整的反应性能。程序升温实验结果表明,在相同温度下,CeO₂含量为30%的载氧体与不含CeO₂的载氧体对比,CH₄转化率、H₂和CO选择性均提高。在恒温实验中,含有CeO₂的两种载氧体,CH₄转化率、H₂和CO选择性上也都明显高于不含CeO₂的载氧体,当反应时间小于1 200 s时,无积炭发生。三种载氧体经过15次循环后,CeO₂含量为30%的载氧体表现出最佳的循环特性。多循环实验中,当反应温度850 ℃、反应时间945 s时,CH₄最大转化率达到91.53%、H₂的最大选择性达到86.36%、CO的最大选择性达到85.12%、H₂与CO的最佳平均物质的量比为2.03。XRD谱图显示,经过多次循环后,三种载氧体的物相没有发生变化,载氧体表现出了很好的稳定性能。     

CaO/MgO负载的钙钛矿型氧化物用于甲烷化学链蒸汽重整

甲烷化学链蒸汽重整(Chemical-looping steam methane reforming,CL-SMR)是基于化学链燃烧的概念而提出的一种新颖的技术。在重整反应器中,甲烷与载氧体中的晶格氧发生部分氧化反应生成合成气(H₂/CO物质的量比为2.0),还原后的载氧体进入到水蒸气反应器中,与水蒸气反应恢复晶格氧的同时生成H₂。以钙钛矿型氧化物LaFeO₃为载氧体用于甲烷化学链蒸气重整过程,同时通过碱金属CaO和MgO对LaFeO₃进行负载,以增大载氧体的比表面积、热稳定性和抗积炭能力。通过X射线衍射(XRD)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、BET比表面积分析(BET)和X光电子能谱(XPS)对载氧体进行表征。结果表明,三种载氧体均表现出较高的反应活性和合成气选择性,循环后仍能保持钙钛矿的结构。从反应性能、选择性和抗积炭能力等方面综合考虑,LaFeO₃-CaO的效果最好,五次循环后具有很好的再生性。     

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℃.     

PVC化学链燃烧过程中二噁英生成研究

制备了负载硅溶胶的CaSO₄载氧体,并对其与CH₄、CO和H₂的反应特性进行了研究表征。采用管式炉实验系统,对PVC在基于CaSO₄载氧体的化学链燃烧和空气燃烧两种方式下,二噁英的生成特性进行了实验研究。结果表明,负载了硅溶胶的CaSO₄载氧体与CH₄、CO和H₂反应均接近完全转化,其中,与CH₄和H₂的反应时间显著短于CO。采用化学链燃烧方式可有效抑制PVC燃烧过程二噁英的生成,其生成量和毒性当量分别由空气燃烧中的34 172.5 pg/g及732.8 pg(I-TEQ)/g降到化学链燃烧的2 270.9 pg/g及290.2 pg(I-TEQ)/g,这主要是因为化学链燃烧过程中燃料与O₂不直接接触,显著减少了大分子碳结构的氧化断裂以及HCl向Cl₂的转化,从而抑制了二噁英的低温从头合成反应和前驱物生成反应。     

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。     

LiMn_2O_4/TiO_2催化剂上甲烷氧化偶联反应性能的研究

采用固相反应法制备了具有尖晶石结构的LiMn_2O_4/TiO_2系列催化剂,探讨了TiO_2、Li/TiO_2、Mn/TiO_2、LiMn_2O_4及LiMn_2O_4/TiO_2等不同组成催化剂的甲烷氧化偶联反应性能,采用XRD、XPS、CO_2-TPD和H_2-TPR等表征方法对该系列催化剂进行了分析。结果表明,具有尖晶石结构的LiMn_2O_4化合物具有较高的甲烷氧化偶联催化活性,在775℃、0.1MPa、7200mL/(h·g),CH_4∶O_2(体积比)为2.5的条件下,甲烷转化率可达25.8%,C2选择性可达43.2%。TiO_2的存在不仅进一步提高了甲烷转化率和C2选择性,还有效抑制了甲烷完全氧化形成CO_2的过程。负载8%LiMn_2O_4的LiMn_2O_4/TiO_2催化剂性能达到最优,此时甲烷转化率达到31.6%,C2选择性为52.4%,CO_2选择性降低到26.3%。考察了不同焙烧温度对催化剂活性的影响,850℃为LiMn_2O_4/TiO_2催化剂的最佳焙烧温度。     

还原-氧化预处理对Co_3O_4催化分解N_2O性能的影响

采用液相沉淀法制备了Co_3O_4催化剂,并对其进行还原-氧化预处理制得Co_3O_4-RO。通过XRD、N_2-physisorption、Raman、H_2-TPR、XPS和O_2-TPD等技术对催化剂进行表征,在连续流动微反应装置上考察了催化剂催化分解N_2O性能。结果表明,经过还原-氧化预处理,与Co_3O_4催化剂相比,Co_3O_4-RO结晶度变差,晶粒粒径减小,尤其是尖晶石结构重构过程削弱了Co-O键,增强了催化剂表面的氧物种脱附能力,降低了催化分解N_2O反应的活化能,因而显著提高了催化剂的催化活性。同时,Co_3O_4-RO对原料气中的O_22%(体积分数)和H_2O 2. 3%(体积分数)表现出较强的耐受性。     

Effect of Preparation Method on the Structural Characteristics of NiO-ZrO2 Oxygen Carriers for Chemical-looping Combustion

Chemical-looping combustion(CLC) offers an effective approach for power generation and CO₂ capture. In this work, an NiO-ZrO₂ oxygen carrier prepared by three methods was subjected to an optimal reaction temperature test, an optimal flow test and a cyclic redox reaction test to explore the most suitable reaction conditions. Through comparative analysis, it is noted that the coprecipitation method is not suitable for the preparation of this NiO-ZrO₂ oxygen carrier, while the oxygen carrier prepared by the mechanical mixing method and solution combustion method obtained a higher CH₄ conversion rate and CO₂ selectivity. In addition, these two oxygen carriers also showed high stability during successive CLC testing. Therefore, both the mechanical mixing method and the solution combustion method can be used to prepare NiO-ZrO₂ oxygen carriers.