BaMn_xAl_(12-x)O_(19-δ)六铝酸盐催化剂上甲烷催化燃烧性能

采用共沉淀-超临界干燥法制备了六铝酸盐甲烷燃烧催化剂(BaMnxAl12-xO19,x≤4),利用XRD(X射线衍射),BET(BET比表面积测定),TEM(透射电子显微镜)和TPR(程序升温还原)等表征方法对催化剂进行了表征,并在微型固定床反应器中考察其对甲烷的催化活性.结果表明,经过1200℃焙烧后,六铝酸钡(BaAl12O19)中仍有铝酸钡(BaAl2O4)相存在,经Mn离子取代后可以得到单一的六铝酸盐相,过量Mn的加入(当x=4时),催化剂中又出现了杂质相,且XRD的衍射峰强度变小.TPR表征结果表明,Mn在六铝酸盐结构中以 2和 3混合价态存在,Mn3 离子的比例随x的增大而增多.实验结果表明:与普通干燥法相比较,超临界干燥法可大大提高催化剂的比表面积,它对甲烷燃烧的催化活性也有增加.未取代活性离子的六铝酸钡基质对甲烷燃烧催化活性很低,经Mn离子取代后活性大大提高,当x=3时催化活性最高.     

镧系六铝酸盐催化剂制备及甲烷燃烧催化性能表征

采用可控共沉淀法以NH4HCO3和NH4OH组成的缓冲溶液作为沉淀剂制备六铝酸盐,采用BET,XRD,TPR等技术考察了催化剂的物化性能.以甲烷催化燃烧为探针反应,对催化剂进行了催化性能表征,并研究了铈取代对催化性能的影响.结果表明： 采用NH4HCO3和NH4OH缓冲溶液作为沉淀剂使沉淀更均匀,可合成化学均一的六铝酸盐.La系六铝酸盐可在较低焙烧温度1050 ℃形成,稀土离子Ce主要是以高储放氧能力的CeO2相存在,与Mn之间存在协同作用提高了催化活性.当Mn取代度为2时,LaMnxAl12-xO19催化性能最佳,此时具有较高的氧化还原性能.Mn容易进入六铝酸盐晶格,Mn取代的La系六铝酸盐催化剂是很有前途的高温甲烷燃烧催化材料.     

Catalytic combustion of toluene over manganese-substituted hexaaluminate catalysts

采用共沉淀法制备了系列锰掺杂六铝酸镧LaMnxAl12-xO19催化剂.XRD表征发现,只有在锰掺杂量为2.0 ～2.5时,经1 200℃焙烧处理得到的催化剂中才有完整的六铝酸盐晶相.由UV-vis漫反射、H2-TPR和BET比表面积分析表明,掺杂的锰离子主要以Mn3+形式取代六铝酸盐八面体位置的Al;同时随锰掺杂量增多,催化剂中Mn3+/Mn2+比例变大,而比表面积却相应减小.O2-TPD表征也进一步发现,随锰掺杂量增多,催化剂上化学吸附晶格氧量增加,而物理吸附氧分子量减少.在甲苯催化燃烧净化反应中,锰掺杂六铝酸镧催化剂表现出良好的低温催化活性,且锰掺杂量为2.0～2.5时活性最优.推测该反应是遵循Mars- van Krevelen机理,由Mn3+和Mn2+的协同作用共同促进晶格氧的流动性.     

La0.8Sr0.2FeMn1.5Al9.5O19-δ六铝酸盐气溶胶催化剂的催化性能

采用共沉淀-超临界干燥法制备了混合取代型La0.8Sr0.2FeMn1.5Al9.5O19-δ(LSFMAO)六铝酸盐气溶胶甲烷燃烧催化剂, 并采用XRD、BET、SEM、TPR等技术研究了超临界干燥和高温焙烧对材料结构和催化性能的影响. 超临界干燥处理的前驱物经1200 ℃焙烧后, 得到磁铅石型六铝酸盐气溶胶, 其具有较高的比表面积(16 m2·g-1)和甲烷燃烧活性; 然而高温(1300-1400 ℃)老化导致该六铝酸盐严重烧结, 比表面积和催化活性急剧下降. 研究结果表明, 对一定温度范围内(≤1200 ℃)焙烧的六铝酸盐催化剂, 超临界干燥法有助于改善其热稳定性和催化活性, 但高温(>1200 ℃)老化后, 催化剂的抗热烧结和催化性能主要由材料的组成和固有结构性质决定.     

逆微乳液法合成六铝酸盐甲烷燃烧催化剂

采用逆微乳液为媒介合成六铝酸盐及其金属取代系列甲烷燃烧催化剂.首先研制了由表面活性剂、助剂、油相和水相四组分逆微乳液拟三元体系相图,选择十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,脂肪醇为助剂,正辛烷为油相和水相[或Al(NO3)3溶液].研究了助剂脂肪醇链长、表面活性剂与助剂相对量和盐浓度对微乳液体系形成和稳定性影响,并以电导率随水含量变化的规律很好地印证了微乳液体系的相行为.选取相图中稳定微乳区合成了具有高温稳定性的甲烷催化燃烧催化剂六铝酸镧[La(Mnx/Fex)Al12-xO19-δ].用BET、TG-DTA和XRD表征了催化剂的物性和结构,并在微型固定床反应器中考察了对甲烷燃烧的催化活性.结果表明,利用逆微乳液作为反应介质使催化剂前驱体分散更充分,使六铝酸盐晶相形成的温度有效地降低到950℃.Fe取代的六铝酸盐具有较好高温催化活性和热稳定性,而Mn取代的同晶体则具有较好的低温催化活性,Fe和Mn离子同时对Al3 进行取代时,由于两者之间存在的协同效应明显提高了催化剂的催化活性和比表面,T10仅为475℃,T90为660℃.     

La取代Ba对Ba1-xLaxMn3Al9O19-α催化剂结构及甲烷催化燃烧性能的影响

采用以尿素水解为基础的水热合成法制备了La和Mn取代的六铝酸盐催化剂(Ba1-xLaxMn3Al9O19-α).在Mn含量达到阈值时,研究了不同量的La取代Ba对Ba1-xLaxMn3Al9O19-α的相组成、结构、热稳定性及甲烷催化燃烧活性的影响.当x≥0.4时,水热合成过程中生成的La2(CO3)3在530-580℃分解,800-900℃时与-γAl2O3反应生成LaAlO3钙钛矿相,可抑制由BaCO3分解而生成的Ba2+的固相扩散,从而阻止了BaAl2O4尖晶石相的生成,使Ba2+在固相中保持较高的分散性,促进了六铝酸盐(-βAl2O3)相的形成.当x<0.4时,BaAl2O4尖晶石相的存在引起催化剂比表面积和催化燃烧活性的降低.La3+取代Ba2+后,六铝酸盐结构发生一定程度的扭变.这种扭变越大,所形成的六铝酸盐催化剂的热稳定性越差.Ba1-xLaxMn3Al9O19-α催化剂的甲烷催化燃烧活性随x的增大而增加,x=0.8时催化剂的活性最佳.     

Ba、Mn对Al2O3热稳定性和甲烷催化燃烧活性的影响

采用溶胶-凝胶法制备BaO•6Al2O3系列催化剂.考察了Ba、Mn的引入对Al2O3的热稳定性及甲烷催化燃烧性能的影响.结果表明, Ba在高温下与Al2O3首先生成BaAl2O4，然后进一步与Al2O3反应生成具有β-Al2O3结构的BaAl12O19六铝酸盐，抑制了Al2O3进一步的烧结，提高了催化剂的热稳定性. Mn的引入也能够促进六铝酸盐的生成并提高催化剂的甲烷燃烧活性.采用超临界干燥法可抑制干燥过程中因毛细收缩引起的比表面积降低.所制备的BaMnAl11O19催化剂经1200 ℃焙烧4 h后，比表面积为35.1 m2•g－1，在空速40000 h－1条件下，10％甲烷转化温度(T10％)为500 ℃，催化活性明显高于常规干燥法制备的相应催化剂.     

共沉淀-超临界干燥法制备La2CoxSn2-xO7烧绿石及其甲烷燃烧性能

采用共沉淀-超临界干燥法制备了Co取代型La2CoxSn2-xO7(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)烧绿石甲烷催化燃烧催化剂,并采用XRD,SEM,BET,TPR等技术对催化剂进行表征.结果表明,当x≤0.4时,Co部分取代Sn进人烧绿石品格,生成单相烧绿石,更高的取代量导致Co3O4相析出.La2CoxSn2-xO7催化剂颗粒聚集体尺寸在60～100 nm之间,其形貌受钴含量影响.虽然Co取代降低了催化剂的比表面积,但大幅提高了甲烷催化活性.其中,La2CoxSn2-xO7的催化燃烧活性最高.催化剂结构中Co-Sn之间存在的强相互作用决定厂材料的催化活性.     

不同金属取代六铝酸盐的制备及其对甲烷燃烧的催化性能研究

采用铝溶胶作为碳酸铵共沉淀的前驱体,结合乙醇超临界干燥制备了不同金属取代六铝酸盐催化剂(Ba0.8La0.2MAl11O19-α,M=Mn,Fe,Co,Cu),并用BET,XRD,TEM,UV-Vis和O2-TPD等技术对催化剂进行了表征。结果表明,经1200℃焙烧后,生成了具有大的比表面积(42~73 m2.g-1)的棒状六铝酸盐,比表面积由大到小的顺序是Mn>Co>Fe>Cu。XRD结果表明,除Mn取代催化剂之外,其他均含有少量-αAl2O3杂质相。Fe,Mn取代六铝酸盐中的金属离子(Fe3+,Mn3+)主要为Oh配位,而Co,Cu取代六铝酸盐中的金属离子(Co3+,Cu2+)则为Oh和Td配位。O2-TPD表明,Mn,Cu取代的催化剂中具有高的晶格氧含量。催化剂活性由高到低的顺序为Mn>Cu>Fe>Co,催化活性取决于过渡金属离子的氧化还原循环的可逆性、比表面积以及晶格氧等因素。     

搀杂六铝酸盐LaMxAl12-xO19+δ上甲烷催化燃烧研究

采用共沉淀法制备了系列金属Mn搀杂的六铝酸盐LaMnxAl12-xO19+δ(x分别为0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 5.0)催化剂, 采用BET, TG-DTA, XRD进行了物性表征, 并以甲烷催化燃烧为目标反应, 研究了Mn搀杂量对催化剂活性的影响. 结果表明 LaAl12O19+δ催化活性较低, 随着Mn的引入, 催化活性逐步提高. 当x=1.5时, 催化活性达到最大值, 为理想搀杂量. 焙烧温度对晶型及催化活性有重要影响, 1200 ℃时可以形成完整的六铝酸盐晶型, 并具较高的催化性能. 所得较好催化剂起燃温度T10%为418 ℃, T90%为663 ℃.     

逆微乳液体系研制镧系六铝酸盐甲烷燃烧催化剂

采用逆微乳液为媒介合成对甲烷燃烧有高温热稳定性又有催化活性的六铝酸镧催化剂的前躯体.分别用十二烷基磺酸钠(SDS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂,脂肪醇作助表面活性剂,分别用水和正辛烷作分散相和连续相,绘制四组分拟三元体系相图,考察影响微乳液形成和稳定的因素,选取形成微乳液的最佳条件和合适配比进行反应,在较低温度(1050℃)下焙烧转化成六铝酸盐催化剂,并考察和讨论了Fe,Mn金属离子取代的镧系同晶催化剂对甲烷燃烧催化活性的影响.     

Mn离子掺杂对K2MnxAl12-xO19-δ催化剂结构及其甲烷燃烧性能的影响

采用反相微乳液-金属醇盐水解法制备了K作为镜面阳离子,锰离子作为活性组分的一系列六铝酸盐催化剂K₂Mn_xAl_12-xO_19-δ(x=0、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0) 。通过X射线衍射、差热 热重和程序升温还原等实验技术及甲烷燃烧,对催化剂的结构和性质进行了考察。主要考察了不同Mn离子的掺杂量对催化剂结构及对甲烷催化燃烧活性的影响。结果表明,K作为镜面阳离子,不但可以形成完整的六铝酸盐,而且所制备的催化剂具有较高的催化活性。不同的Mn离子掺杂对于催化剂的特性有较大的影响。当Mn的掺杂量在六铝酸盐K₂Mn_xAl_12-xO_19-δ结构式中为x=1时,制备的催化剂K₂MnAl₁₁O_19-δ具有较高的催化活性,起燃温度Tl0%为458℃,至676℃甲烷完全转化,Mn掺杂量增多导致晶体结构中出现钙钛矿杂质。     

铁取代六铝酸盐的制备及其对甲烷燃烧的催化性能

 采用共沉淀-水热处理法制备了铁取代六铝酸盐(BaFexAl12-xO19-δ,x≤3)催化剂,并用XRD,SEM,UV-Vis和BET等技术对催化剂进行了表征. 结果表明,经1000 ℃焙烧后催化剂开始出现少量六铝酸盐相,1100 ℃焙烧后六铝酸盐相为主要的晶相,当x＞3时催化剂中的杂质相不可忽略. Fe取代六铝酸盐中的Fe主要为Oh配位. 在x≤3范围内,随着Fe取代量的增加,催化剂对甲烷燃烧的催化活性逐渐升高,其中BaFe3Al9O19-δ的起燃温度最低(515 ℃); 继续增加Fe含量,催化剂的高温活性反而下降. 向Fe单取代六铝酸盐晶格中引入La制得的Ba0.5La0.5FeAl11O19-δ催化剂,其起燃活性与BaFeAl11O19-δ的基本相同,但高温活性有较大提高. 反应气组成对催化剂的活性有显著影响,提高O2分压可以降低催化剂的起燃温度,但对高温活性的影响不大. BaFe2Al10O19-δ催化剂在800 ℃下运行100 h没有发生失活现象.     

制备方法对锰Mn掺杂钾六铝酸盐催化剂催化甲烷燃烧性能的影响

以甲烷催化燃烧为目标反应,通过共沉淀法、溶胶凝胶法和反相微乳液法制备了Mn掺杂六铝酸盐催化剂,用XRD和TG-DTA技术对催化剂进行了物理性能表征,通过BET模型计算了其比表面积。结果说明3种方法所制备催化剂经1 200℃焙烧4h后均可以形成完整的六铝酸盐晶型,同时都具有高的催化性能和高温稳定性,其中反相微乳液法制备的K2MnAl11O19催化剂具有较高的比表面积和甲烷催化燃烧活性,起燃温度T10%为458℃,至676℃甲烷完全转化。     

尿素加入量对水热合成法制备Mn取代六铝酸盐催化剂的影响

采用以尿素水解为基础的水热合成法制备了Mn取代的镧六铝酸盐催化剂.研究了尿素加入量对所制备催化剂的化学组成、相结构、孔结构及甲烷催化燃烧活性的影响.n(尿素)/n(M⁺)(其中M⁺为带单位正电荷的金属离子)为1.0时,Mn²⁺离子沉淀不完全,所得催化剂甲烷催化燃烧活性较低.n(尿素)/n(M⁺)增加到2.0时,Mn²⁺离子沉淀完全,催化剂中六铝酸盐相增加,平均孔直径增大,甲烷催化燃烧活性提高.n(尿素)/n(M⁺)再增加至4.0时,比表面积降低,六铝酸盐相减少,平均孔直径降低,甲烷催化燃烧活性下降.n(尿素)/n(M⁺)为2.0时,所制备的催化剂在780℃及反应生成水蒸汽下运行100h,催化剂比表面积及甲烷燃烧活性都保持稳定.     

锰掺杂六铝酸镧催化剂上甲苯催化燃烧净化研究

采用共沉淀法制备了系列锰掺杂六铝酸镧LaMn_xAl_12-xO₁₉催化剂。XRD表征发现,只有在锰掺杂量为2.0～2.5时,经1200 ℃焙烧处理得到的催化剂中才有完整的六铝酸盐晶相。由UV-vis漫反射、H₂-TPR和BET比表面积分析表明,掺杂的锰离子主要以Mn³⁺形式取代六铝酸盐八面体位置的Al;同时随锰掺杂量增多,催化剂中Mn³⁺/Mn²⁺比例变大,而比表面积却相应减小。O₂-TPD表征也进一步发现,随锰掺杂量增多,催化剂上化学吸附晶格氧量增加,而物理吸附氧分子量减少。在甲苯催化燃烧净化反应中,锰掺杂六铝酸镧催化剂表现出良好的低温催化活性,且锰掺杂量为2.0～2.5时活性最优。推测该反应是遵循Mars-van Krevelen机理,由Mn³⁺和Mn²⁺的协同作用共同促进晶格氧的流动性。     

Fe、Mn掺杂六铝酸镧的微乳液制法及性能研究

以TX-100/正己醇/环己烷组成的反相微乳液为媒介，采用反相微乳 共沉淀法制备系列金属掺杂的六铝酸镧催化剂。用BET、XRD进行物性表征, 以甲烷燃烧为探针反应考察了催化剂的催化活性。结果表明，反相微乳液合成催化剂的最佳成晶温度可降至1100℃。 LaMx Al12－x O19－α 中M的最佳掺杂数为1(x1)。单金属Mn的存在可以降低甲烷的起燃温度，使催化剂具有良好的低温活性；单金属Fe掺杂的六铝酸镧催化剂具有较低的完全转化温度；而Fe、Mn共同掺杂的LaMnFeAl-10O19－α催化剂具有低、高温活性和高温稳定性。100h稳定性运转的转化率始终保持在99.7％，无失活现象。     

超临界干燥方法对甲烷燃烧催化剂LaMnAl11O19结构及活性的影响

 摘要：用水热合成法制备了锰取代的六铝酸盐催化剂，并比较了超临界干燥法和普通烘箱干燥法对催化剂结构及甲烷燃烧反应活性的影响．DTA－MS结果表明，超临界干燥过程中，催化剂前驱物中的表面铝羟基部分被乙氧基取代．这种表面修饰作用可保持铝分散的均匀性，使催化剂前驱物中碳酸锰和碳酸镧的分解温度明显降低，且氢氧化铝的脱水温度维持在较适宜的范围内；焙烧后，易形成六铝酸盐相．甲烷燃烧反应结果表明，用超临界干燥方法制得的催化剂对甲烷燃烧反应的催化活性明显高于用普通烘箱干燥方法制得的催化剂．     

不同离子掺杂对镧六铝酸盐催化剂结构及其甲烷燃烧性能的影响

采用反相微乳液-共沉淀法制备了镧系六铝酸盐催化剂。体系中TX-100 作为表面活性剂,正己醇作为助表面活性剂,环己烷作为油相。分别用Fe、Co、Ni、Cu、Mg离子作为活性组分进行掺杂。通过X射线衍射、比表面积分析和扫描电镜等实验技术及甲烷燃烧对催化剂的结构和性质进行考察。结果表明,Fe离子和Mn离子共同掺杂所制备的催化剂LaMnFeAl₁0O₁9-δ具有较高的催化活性,起燃温度T₁0%为477℃,至674℃ 90%甲烷转化。     

CaxLa1-xMnAl11O19 六铝酸盐催化剂上甲烷的催化燃烧

以共沉淀法制备了CaxLa1-xMnAl11O19系列六铝酸盐催化剂,考察了Ca2 部分取代La3 对LaMnAl11O19六铝酸盐的甲烷催化燃烧活性和稳定性的影响以及活性与物理化学性能的关系,用X射线衍射、N2吸附、程序升温还原和透射电镜对其进行了表征.结果表明,当Ca2 加入量过高时,Ca2 不能进入到六铝酸盐骨架中,过量的Ca2 形成CaAl4O7杂相.当x=0.2时,催化剂活性最高,起燃温度为723 K,也提高了样品的热稳定性,1 373 K煅烧后比表面积为26.1 m2/g.Ca2 的加入使六铝酸盐晶粒变薄,这使材料的抗烧结性能增强,比表面积增大,同时Ca2 部分取代La3 使活性Mn3 的含量增加,这两方面的综合作用使得催化剂活性显著提高.对Sr2 ,Ca2 和K 部分取代La3 的六铝酸盐的比较实验结果表明,Ca2 部分取代La3 的样品具有最低的起燃温度.