担载型铱催化剂上CO吸附量热和红外光谱研究

分别对Al2O3和SiO2担载的不同含量铱(Ir)催化剂进行了H2程序升温还原、CO微量吸附量热和红外研究.结果表明,还原后,Ir/Al2O3上存在金属态Ir0和氧化态Irδ 两种物种,CO在催化剂表面主要以线式和孪生吸附态存在,测量的CO吸附热为两种吸附形式的平均吸附热.提高还原温度和Ir担载量,Ir/Al2O3表面CO线式吸附物种的比例增加,从而导致CO吸附热值的升高.而在Ir/SiO2上Ir物种主要为金属态Ir0,CO吸附都以线式吸附为主,在所考察的条件下CO吸附热随Ir担载量和还原温度的变化不明显。     

尖晶石型衍生的Ni/Al2O3催化剂低温催化顺酐加氢合成丁二酸酐

开发高活性的顺酐加氢制丁二酸酐和γ-丁内酯催化剂具有重要的工业意义.顺酐加氢多采用Cu基和Ni基催化剂,但一般Cu基和Ni基催化剂存在反应温度高(170–260℃)和稳定性差等缺点,很有必要开发高活性的顺酐加氢催化剂.我们以拟薄水铝石作为Al2O3载体的前驱体,采用浸渍法制备了一系列镍铝尖晶石型衍生的不同Ni含量的Ni/Al2O3催化剂,并研究了它们在顺酐加氢反应中的催化性能.还原前Ni/Al2O3催化剂的X射线衍射结果表明,催化剂含有NiAl2O4物种.氮吸附结果显示,不同Ni含量的催化剂均具有介孔结构.氢-程序升温还原研究发现,Ni/Al2O3催化剂经750℃还原2 h后,其表面上NiAl2O4物种能被高效还原.X射线粉末衍射结果表明,750℃还原的Ni/Al2O3催化剂中金属Ni颗粒尺寸随着Ni负载量升高而增大.利用一氧化碳-程序升温脱附对750℃还原的Ni/Al2O3催化剂进行研究,发现750℃还原的催化剂上金属Ni物种含量从高到低依次为:Ni(7.5%)/Al2O3>Ni(5%)/Al2O3>Ni(2.5%)/Al2O3.采用CO化学吸附获得的Ni(2.5%)/Al2O3,Ni(5%)/Al2O3和Ni(7.5%)/Al2O3催化剂上金属Ni颗粒尺度分别为8.0,12.8和15.7 nm.活性研究结果表明,750℃还原的Ni(5%)/Al2O3催化剂具有最高的催化活性,这可能是由于Ni(5%)/Al2O3催化剂具有较多的Ni活性位点和较合适的Ni颗粒粒度所致.进一步研究发现,在650–750℃还原温度下,Ni(5%)/Al2O3催化剂的还原度随着还原温度的升高而升高,Ni分散度随着还原温度的升高而降低.活性结果研究表明,700℃还原的Ni(5%)/Al2O3催化剂具有较多的Ni活性位点和较合适的Ni颗粒粒度,具有最高的加氢催化活性,其在120℃,H2压力为0.5 MPa和质量空速为2 h?1的反应条件下,能获得近100%的顺酐转化率和90%的丁二酸酐选择性,同时该催化剂具有优良的稳定性.以上结果表明,尖晶石型衍生的Ni/Al2O3催化剂是一个十分有应用前景的顺酐加氢催化剂.     

Ca对Cu/B/Ca/Al_2O_3结构及其催化醋酸仲丁酯加氢反应性能的影响

以γ-Al2O3为载体采用分步浸渍法制备了不同Ca O含量的Cu/B/Ca/Al2O3催化剂,并测试了其催化醋酸仲丁酯加氢制备仲丁醇的反应性能.Ca O含量对催化剂的结构、氧化还原性能、酸碱性和金属铜分散度的影响分别采用XRD、H2-TPR、XPS、NH3-TPD和N2O-H2氧化还原滴定实验进行分析.结果表明,适量氧化钙的引入对金属铜的分散度无明显影响,过量的氧化钙(20%)降低催化剂的比表面积,进而导致金属铜分散度的降低;但钙作为给电子助剂能够补偿电子从铜向氧化硼之间的迁移,提高催化剂的酯加氢活性.同时,氧化钙的引入能够有效消除Cu/B/Ca/Al2O3催化剂表面的强酸性位点并降低催化剂的酸量,减少醋酸仲丁酯加氢反应中酸催化副产物以及催化剂表面积碳的生成.     

溶胶-凝胶法制备Ni-SiO2催化剂的表征与性能

以正硅酸乙酯和硝酸镍为原料,采用溶胶-凝胶法,将硝酸镍分别溶于水和乙醇制得凝胶,分别经超临界干燥和常规干燥制备了一系列Ni-SiO2气凝胶和干凝胶催化剂,运用BET、XRD、TPR、IR、H2-TPD和活性评价等方法对催化剂的物理化学性质和催化间二硝基苯加氢性能进行研究.结果表明,Ni-SiO2气凝胶催化剂均具有较高的比表面积,但由于金属镍烧结导致活性比表面积较小,加氢性能较差;以乙醇为溶剂制备的干凝胶催化剂的镍物种分散度较高,但镍与载体之间的相互作用过强,致使催化剂的还原度降低,活性组分利用率下降;以水为溶剂制备的干凝胶催化剂具有较高的活性比表面积,表现出很高的催化活性和选择性.     

PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢催化性能

用微型催化反应装置评价, 并结合X射线粉末衍射(XRD)、表面积和孔结构测试、程序升温还原(TPR)、氢化学吸附和热重分析等方法研究了负载型PtSn/γ-Al2O3, PtSn/MCM-41和PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢反应催化性能. 发现PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较PtSn/MCM-41催化剂高的丙烷脱氢反应活性和较PtSn/γ-Al2O3催化剂高的反应稳定性. 实验结果表明, 纯硅MCM-41载体表面的锡物种因与载体相互作用较弱故易被还原, 导致铂金属分散度和催化剂的丙烷脱氢活性较低. 用Al2O3修饰MCM-41可以增强Sn物种与Al2O3/MCM-41载体之间的相互作用, 提高PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂铂金属分散度和丙烷脱氢催化活性. 并且, 积炭后的PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较高的铂金属表面裸露度, 故具有较高的丙烷脱氢反应稳定性. PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂优良的丙烷脱氢催化性能可能不仅与Sn-载体Al2O3/MCM-41较强的相互作用有关, 而且与Al2O3/MCM-41载体的介孔结构有关.     

PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢催化性能

用微型催化反应装置评价,并结合X射线粉末衍射(XRD)、表面积和孔结构测试、程序升温还原(TPR)、氢化学吸附和热重分析等方法研究了负载型PtSn/γ-Al2O3,PtSn/MCM-41和PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢反应催化性能.发现PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较PtSn/MCM-41催化剂高的丙烷脱氢反应活性和较PtSn/γ-Al2O3催化剂高的反应稳定性.实验结果表明,纯硅MCM-41载体表面的锡物种因与载体相互作用较弱故易被还原,导致铂金属分散度和催化剂的丙烷脱氢活性较低.用Al2O3修饰MCM-41可以增强Sn物种与Al2O3/MCM-41载体之间的相互作用,提高PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂铂金属分散度和丙烷脱氢催化活性.并且,积炭后的PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较高的铂金属表面裸露度,故具有较高的丙烷脱氢反应稳定性.PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂优良的丙烷脱氢催化性能町能不仅与Sn-载体Al2O3/MCM-41较强的相互作用有关,而且与Al2O3/MCM-41载体的介孔结构有关.     

CeO2纳米层对多层载体x-CeO2/3DOM Al2O3负载纳米Au催化剂催化柴油炭烟燃烧活性的影响

与汽油车相比,柴油车具有CO2排放低、寿命长和经济性好等优点,所以近年来受到广泛关注并被大量使用.但是,柴油车在使用过程中会产生大量炭烟颗粒物(PM),对大气环境和人类健康造成很大威胁.因此,开展这方面的基础研究具有重要的科学意义及环境保护意义.催化柴油炭烟燃烧反应是一个气-固-固多相深度氧化反应,由于PM的粒径远大于传统催化剂,导致PM不能进入催化剂孔道内部,造成催化剂活性比表面积利用率较低.设计并制备大孔径的三维有序大孔结构(3DOM)的催化剂,能够减小反应扩散阻力,增加催化剂与炭烟颗粒物的有效接触,加快反应进行.另外,可以通过在3DOM氧化物表面担载其它活性组分,提高催化剂的氧化还原性能,进而提高其活性.CeO2有很好的储放氧性能,在柴油车尾气净化催化剂中较为常见,但是单一的CeO2热稳定性较差,高温下容易烧结,使得比表面积减小,并且失去储氧能力,造成催化剂失活.文献中较常见的解决办法是在CeO2中掺杂其它阳离子,如Zr4+,Pr3+,Al3+,La3+及Y3+等离子,以提高CeO2的抗高温烧结能力.此外,研究报道的催化剂对催化柴油炭烟颗粒物燃烧的峰值温度已经远低于炭烟颗粒物的自燃温度,但是对颗粒物的起燃温度仍普遍较高.我们前期研究结果表明,担载纳米Au颗粒催化剂能够显著降低炭烟燃烧的起燃温度.本文采用胶体晶体模板法制备了3DOM Al2O3载体,利用微孔膜-氨沉淀法担载不同量的活性组分CeO2,制备出一种负载型x-CeO2/3DOM Al2O3催化剂,它既可减少稀土元素用量,降低成本,又因为Al2O3的机械强度较高,还能保证催化剂的机械强度足够好.为了进一步降低催化剂催化炭烟燃烧的起燃温度,利用还原沉积法在多层载体x-CeO2/3DOM Al2O3上负载纳米Au催化剂,制备出不同厚度的CeO2纳米层负载Au催化剂(Au/x-CeO2/3DOM Al2O3).利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、H2程序升温还原和O2程序升温脱附等方法研究了催化剂的结构及物化性质与催化剂活性之间的关系,提出了消除PM反应的可能机理.结果表明,Al3+离子能够部分进入到CeO2中,形成Al-Ce固溶体.由于Al离子半径小于Ce离子,Al3+掺杂后能引起CeO2晶格发生畸变,产生大量缺陷,形成大量氧空位,促进晶格氧的移动,从而使催化剂具有更大的储放氧能力.在Au/x-CeO2/3DOM Al2O3催化剂中,CeO2担载量过高时,氧化铈纳米层较厚,活性组分容易烧结,不利于催化剂活性提高;而CeO2担载量过低,则CeO2纳米层较稀薄,催化剂的氧化还原性能受限,催化剂活性也不高.因此,CeO2的担载量应适当.此外,Au和CeO2之间的强相互作用能够增加Au纳米颗粒表面活性氧物种的数量,从而促进柴油炭烟燃烧反应.活性测试结果表明,担载纳米Au颗粒后,催化剂催化柴油炭烟燃烧的起燃温度均明显降低,在所制备的系列催化剂中Au/20％CeO2/3DOM Al2O3催化剂展示了最高的催化活性,T10,T50和T90分别为267,372和426 oC.     

采用等离子体强化制备CO2甲烷化用镍基催化剂

采用等离子体技术强化制备了-γAl2O3担载的镍基催化剂,以CO2甲烷化为模型反应考察了等离子体引入方式对催化剂性能的影响,并采用程序升温还原和脱附、氧滴定、N2吸附、X射线衍射、X射线光电子能谱和热重分析对催化剂进行了表征.反应结果表明,经等离子体处理再还原活化的催化剂具有较高的低温催化活性,在101.325 kPa,13 500 h-1,H2/CO=2.5和250℃的条件下,CO2转化率为84.6%,比常规催化剂提高了27.2%.表征结果表明,等离子体处理有利于前驱体在温和条件下分解形成活性相,促使催化剂的活性组分晶粒细化并在表面富集,有效提高了活性组分的分散度,从而提高了催化剂的催化活性.     

CO_2加氢活性与担载铁催化剂表面Fe-O键强度的关系

采用浸渍 -还原法 ,制备了 Al2 O3、 Ti O2 、 Zr O2 担载铁催化剂 ,并在温度 6 2 3K、压力 1.5 MPa、空速80 0～ 10 0 0 h- 1、原料气组成 CO2 /H2 为 1∶ 2等实验条件下 ,考察了不同还原温度的催化剂在 CO2 加氢制低碳(C2 ～ C5 )烃中的反应活性 .结果表明 ,以 CO2 转化率计 ,各催化剂均存在最佳还原温度 (Fe/Al2 O3:873K;Fe/Ti O2 :773K;Fe/Zr O2 :72 3K) .将此温度与催化剂表面 Fe- O键强度相关联 ,发现在相同条件下 ,与载体 M-O键长有关的 Fe- O键越强 ,催化剂越容易被还原 ,最佳还原温度越低 ,反应活性越好 .     

前驱体干燥法对非晶态Ni-B/γ-Al2O3催化剂性能的影响

将非晶态合金负载于大比表面积多孔氧化物载体上既可保留非晶态合金特有的结构和性质, 又能降低非晶态合金粒子的表面能, 提高催化剂的热稳定性[1～6]. 迄今为止, 绝大多数负载型非晶态催化剂的前驱体均以盐溶液浸渍载体后于110 ℃一步烘干获得. 但用该法制得的前驱体经还原后的活性比表面积和活性组分的分散度较低, 导致催化剂的效率不高. 本文设计了两步干燥法, 制得的负载型非晶态Ni-B/γ-Al2O3催化剂用于液相苯加氢制备环己烷. 结果表明, 两步干燥法提高了载体表面非晶态活性组分的分散度. 与传统的一步干燥法制备的催化剂相比, 催化剂的热稳定性及其在苯加氢反应中的催化活性大大提高.     

助剂Cu对Ni/γ-Al2O3催化剂低温还原性能影响

制备了一系列铜质量分数不同的CuNi/γ-Al2O3催化剂，进行了TPR和XRD表征并测定了该系列催化剂对苯加氢制环己烷的催化活性。结果表明，助剂Cu的负载量对低温（160 ℃）还原后催化剂的催化活性影响很大，在铜镍原子摩尔比为1∶1时，催化剂具有较高的催化活性和稳定性；添加铜组分可促进镍在载体表面分散，使负载NiO的还原温度降低，催化活性提高。     

以有机镍配合物为前体制备担载镍催化剂的研究

描述了以镍单核配合物ＮｉＣｐ２和簇合物Ｎｉ３Ｃｐ３Ｎ－ｔ－Ｃ４Ｈ９为前体的ＳｉＯ２载镍催化剂的制备，通过元素分析、ＴＲＲ、ＴＰＤＥ、ＸＰＳ，ＣＯ吸附和苯加氢反应对以镍配合物和簇合物为前体制备的催化剂的性能及其制备过程了研究和表征。结果表明，镍与合物和簇合物在担载过程中同载体ＳｉＯ２表面发生了相互作用，其化学组成发生了变化，在苯加氢反应中，此催化剂的活性比以Ｎｉ（ＮＯ３）２为前体制备的催化剂高得多，     

制备条件对用于甘油蒸汽重整反应Ni基催化剂性能的影响

研究了制备参数对用于甘油蒸汽重整反应的Ni基催化剂性能的影响。采用过量浸渍法、等体积浸渍法和改进的平衡沉积过滤(EDF)法制备了一系列Al2O3负载的8 wt%Ni催化剂,运用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体光谱仪、N2吸附-脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜和H2程序升温还原(TPR)表征了催化剂的表面和体相性质;采用CHN分析仪和SEM表征了使用后催化剂以测定其表面沉积的碳及其形貌。结果表明,制备方法对所制催化剂的织构、结构和表面性质影响很大,导致氧化铝表面Ni物种的分散和种类的不同。即使XRD和TPR结果证实形成了铝酸镍晶相,但Ni/Al-edf催化剂中β峰的贡献大于其它两个催化剂的,表明在这种情况下铝酸镍更容易还原。在550 oC以上CO2选择性增加和CO选择性不变,表明Ni/Al-wet和Ni/Al-edf催化剂可成功催化水汽变换反应。另外,650oC时Ni/Al-edf催化剂上甘油生成气相产物的转化率、氢气产率以及烯丙醇、乙醛和乙酸选择性最高,且它在所有催化剂中的积炭量也最低。将催化剂结构性质、分散度和还原性与其催化性能相关联,发现EDF法制得的催化剂比表面积和活性相分散度更高,更易被还原,因而其活性和生成H2的选择性更高,也更抗积碳。     

甲烷干重整催化剂Ni/Al2O3表面积炭表征与分析

用蒸发法制备了Ni/Al2O3催化剂及浸渍法制备了Ni/α-Al2O3和Ni/γ-Al2O3催化剂, 并与商品天然气水蒸气重整催化剂Z118Y一起进行了甲烷干重整实验, 考察了各催化剂上表面积炭行为. 通过H2程序升温还原(H2-TPR)、BET(Brunauer-Emmett-Teller)比表面积分析、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、热重-差式扫描量热(TG-DSC)、程序升温氢化(TPH)等表征手段对催化剂表面沉积炭的特性进行了表征. 结果表明, 各催化剂上至少存在三种形式的碳物种: 无定形碳、丝状碳及石墨碳. 由于载体性质不同, 各催化剂上沉积炭的种类及其含量有所差别. Z118Y、Ni/Al2O3及Ni/α-Al2O3催化剂上主要沉积丝状炭, 而Ni/γ-Al2O3催化剂上则主要是石墨碳. Ni/γ-Al2O3催化剂中金属Ni颗粒较小(小于15 nm)、粒径分布范围较窄、分散性较好, 能减少催化剂表面炭的沉积, 有效地抑制丝状碳的生长.     

CuO-Ag2O/γ-Al2O3催化剂的TPR特性及氧化活性研究

采用程序升温还原技术(TPR)研究CuO-Ag2O/γ-Al2O3双组分及其单组分催化剂的还原特性以及热处理温度对其还原性能的影响。发现不同负载量的Cuo-Ag2O/γ-Al2O3催化剂的还原特性有明显差异, 反映出催化剂表面存在着不同种类的铜物种。Ag2O的存在, 使催化剂的TPR峰位与单组分CuO/γ-Al2O3的TPR曲线产生明显差异, 还原峰发生位移, 随Ag2O添加量的增加, 位移增大。对苯的完全氧化反应结果表明, 催化剂的氧化活性次序为:CuO-Ag2O/γ-Al2O3>CuO/γ-Al2O3>Ag2O/γ-Al2O3。热处理温度升高, 使催化剂表面铜物种分散状态及其还原性能发生变化。从500~900℃, 存在一个使铜物种达到最佳分散态的温度。讨论了负载于γ-Al2O3载体上的CuO-Ag2O双组分及其单组分催化剂在还原过程中金属与载体, 金属与金属间的相互作用以及热处理温度对其还原性能的影响。     

表面酸性对Ni/SiO_2-Al_2O_3催化剂催化1,4-丁炔二醇高压加氢性能的影响

通过浸渍法分别在Al(OH)_3和Al_2O_3中引入SiO_2,经焙烧后制备具有不同表面酸性质的SiO_2-Al_2O_3载体,以上述SiO_2-Al_2O_3及Al_2O_3为载体,采用等体积浸渍法制备Ni负载量为15%的Ni/SiO_2-Al_2O_3催化剂(分别为Ni/SA-1和Ni/SA-2)与Ni/Al_2O_3.采用N2物理吸附、Py-FTIR、NH3-TPD、XRD、H2-TPR和H2-TPD手段对催化剂进行表征,考察了表面酸性质对催化剂催化1,4-丁炔二醇高压加氢性能的影响.结果表明,SiO_2引入方式会影响Ni/Al_2O_3催化剂表面酸性质及活性组分Ni在载体表面的分散行为.在Al(OH)3中引入SiO_2时,Ni/SA-1催化剂不仅活性组分具有高分散度,而且表面具有丰富的L酸位点,L酸位点与Ni活性中心协同作用有效提高了催化剂的高压加氢性能.而在Al_2O_3中直接引入SiO_2时,SiO_2覆盖了Al_2O_3表面的L酸位点,催化剂活性组分分散度较低,表现出低的加氢活性.     

乙酸乙酯在Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2负载的金属氧化物催化剂上的催化燃烧

制备了Fe, Co, Cu, Cr和Mn金属氧化物催化剂, 所用载体为Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2复合氧化物. 利用X射线衍射(XRD), 程序升温还原(TPR), 储氧量测试, BET比表面测试和光电子能谱(XPS)表征了催化剂. 并利用活性测试表征了各种催化剂对乙酸乙酯催化燃烧能力. 各种表征结果证实, 由于催化剂Mn/Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2(1:2, 质量比)具有最多的可还原物种, Cu/Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2(1:2)具有较多的可还原物种和最强的可还原能力, 使它们对乙酸乙酯催化燃烧表现出了最好的活性. 在催化剂Cu/Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2(1:2)和Mn/Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2(1:2)上, 乙酸乙酯于245 ℃转化了99%, 表明这两种催化剂具有广泛的应用潜力.     

Effect of thermal treatments on surface chemical distribution and catalyst activity in nickel on silica systems

The reducibility of several nickel on silica systems prepared by incipient wetness impregnation and precipitation-deposition has been studied using TPR and TG. The analysis of the results has allowed us to determine the minimum drying and reduction temperatures for both impregnation and precipitation catalysts. From an analysis of the obtained results, together with X-ray diffraction and the study of the reduction degree, dispersion and nickel particle size of catalysts activated at different reduction temperatures, conclusions on the nickel surface chemical distribution have been derived. An optimal reduction temperature for the catalysts has been determined from activity considerations in the hydrogenation of sunflower seed oil.     

Ni／ZrO2-Al2O3制备表征及催化性能的研究

本文采用浸渍沉淀法制备了不同配比的ZrO2-Al2O3复合载体。并通过浸渍法制备Ni/ZrO2-Al2O3催化剂,以苯加氢制环己烷反应为探针,考察了ZrO2与Al2O3的配比对Ni催化剂催化加氢性能的影响;采用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)、程序升温脱附(TPD)等技术考察复合载体对Ni催化剂的体相结构、还原性能以及表面吸附性能的影响。研究结果表明,ZrO2质量分数为20%的复合载体所负载的Ni催化剂有很好的加氢活性,优于单组分载体负载的Ni催化剂;采用浸渍沉淀法制备的ZrO2-Al2O3复合载体中ZrO2以非晶态形式存在,这是由于Al2O3的存在影响了ZrO2的内部结构;该载体负载的Ni催化剂较其他催化剂更容易被还原,吸附中心数量增加。