助剂对Cu/Cr催化剂上甲醇部分氧化制氢的活性影响

曾研究了Cu/Cr二元催化剂上甲醇部分氧化制氢的反应，发现当Cu/Cr比为6：4时，催化剂的Cu^0比表面积最大，呈现出较好的活性。在Cu/Cr（6：4）催化剂中添加Fe,Zn,Al等8种助剂，考察其对甲醇部分氧化制氢催化性能的影响，并着重研究了Zn助剂的作用。实验结果表明，Zn的引入，有利于催化剂活性的提高。当Zn含量为10％时，催化剂活性最好。XRD表征结果表明，Cu/Cr催化剂的失活与其表面上的Cu物种烧结有关，Zn的引入可明显增强Cu/Cr（6：4）催化剂的热稳定性，提高其寿命。     

Cu/SiO2模型催化剂上甲醇部分氧化制氢反应研究

采用浸渍法，制备了不同组成的Cu/SiO2、Cu/Zn/SiO2催化剂，考察了Cu负载量及Cu/Zn比对甲醇部分氧化抽制氢（CH3OH|1/2O2→2H2 CO2）反应的影响，结果显示，当Cu的负载量为10％、Cu/Zn比为7：3时，催化剂活性最好。H2-TPR、XRD、XPS等表征结果表明，催化剂的制氢活性与Cu^0有关，而大量Cu^ 与Cu^2 的存在则不利于催化剂活性的提高。Zn助剂的引入，有利于分散Cu^0物种，提高催化剂的活性；但由于同时稳定了Cu^ 物种，导致Cu2O物种的大量生成，从而提高了催化剂的还原温度，抑制了Cu^0的氧化还原过程（Cu^2 →Cu^ →Cu^0或Cu^ →Cu^2 ），降低了催化剂的活性。因此，对于Cu/Zn/M催化剂，存在一个最佳的Cu/Zn比。     

甲醇含成Cu-Mn/SiO_2催化剂的研究

对浸渍法制备的Cu－Mn／SiO2催化剂进行了甲醇合成的活性评价，同时用XPS、Auser、N2O分解，TPR等技术对催化剂进行了表征．结果表明，在双组份催化剂中，工作态催化剂表面主要存在Cu（O）．催化反应可能通过Cu…O－Mn氧桥的长程诱导交换作用，使Cu带部分正电荷，这有利于CO与H2的吸附和活化，从而提高甲醇合成的收率．     

K-MnO／y-A1203和Cu／SiO2催化剂应用于苯甲酸甲酯连续加氢合成无氯苯甲醇

以K—MnO／F—Al2O3和Cu／SiO2为催化剂，利用固定床串联反应器实现了苯甲酸甲酯连续加氢合成无氯苯甲醇反应过程．K-MnO/y-Al2O3和Cu／SiO2催化剂对于苯甲酸甲酯连续加氢合成苯甲醇具有良好的加氢活性，反应转化率可达89．2％，苯甲醇的选择性为84．1％．在苯甲酸甲酯加氢连续步骤中的氢醛比得到提高，有效地抑制了副产物甲苯的生成．XRD，SEM和TPR表征结果表明：采用吸附沉淀法制备的Cu／SiO2-C15．2催化剂，氧化铜在载体上具有良好的分散性能，并且易于还原，表现出最佳的苯甲醛加氢活性．     

共沉淀制备法及铜基催化剂组成对合成甲醇活性的影响

研究了低压合成甲醇二元催化剂的反加沉淀制备法,以及催化剂中Cu/Zn含量比与催化活性的关系。结果表明,用反加硝酸盐于Na_2CO_3沉淀剂中的共沉淀法制得的前驱物之物相结构与並流法的一样,其催化活性也基本相同。而且当使用含CO_21～4％的CO/H_2合成气时,二元催化剂的活性与Cu/Zn关系是50/50的催化活性高于70/30和30/70的。结果还表明,对于这种合成气组成,ZnO的催化协同作用是不可忽略的,这与我们以前所提的关于Cu/ZnO合成甲醇催化剂活性中心本质和催化作用机理的观点相一致。     

Cu/Zn、Cu/Zn/Ni催化剂甲醇部分氧化制氢

研究了甲醇在Cu/Zn及Cu/Zn/Ni催化剂上部分氧化热耦合裂解制氢的反应,系 统地考察了不同O2/CH3OH比及反应温度下催化剂性能.当O2/CH3OH=0.2时,催化剂的性能最 佳.在同样条件下, Cu/Zn催化剂对CO的选择性较Cu/Zn/Ni催化剂低,更具优势. Cu/Zn催化 剂用于甲醇部分氧化反应时,甲醇转化率在150 h寿命实验中基本保持在90％左右. XRD谱图 表明Cu/Zn合金的生成是导致Cu/Zn系催化剂在甲醇裂解反应中快速失活的主要原因,而在部 分氧化反应中, O2的存在可抑制Cu/Zn合金的生成,使Cu/Zn催化剂表现出高度的稳定性.     

溶剂极性对微波辐射老化制备前驱体及CuO/ZnO/Al2O3催化剂结构的影响

在制备CuO/ZnO/Al2O3催化剂的老化过程中,采用微波辐射老化技术,着重研究了溶剂极性对前躯体物相组成,烧后CuO/ZnO/Al2O3催化剂结构及其在浆态床合成甲醇工艺中催化性能的影响。通过XRD、DTG、H2-TPR,FTIR、HR-TEM和XPS对前驱体及催化剂表征表明,沉淀母液在微波辐射条件下进行老化,溶剂的极性对前躯体物相组成及催化剂结构影响显著。随着溶剂极性的增大,Zn2+/Cu2+取代Cu2(CO3)(OH)2/Zn5(CO3)2(OH)6中Cu2+/Zn2+的取代反应增强,使得前躯体中(Cu,Zn)5(CO3)2(OH)6和(Cu,Zn)2(CO3)(OH)2物相的含量增多,结晶度提高,导致烧后CuO/ZnO/Al2O3催化剂中CuO-ZnO协同作用增强,且CuO晶粒减小,表面Cu含量增加,催化剂活性和稳定性提高。水溶剂的极性最大,制备的催化剂活性和稳定性最好,甲醇的时空收率(STY)和平均失活率分别为320 mg.g-1.h-1和0.11%.d-1。     

负载型金属催化剂上合成气制甲醇反应体系的耐硫性能

研究了共沉淀法制备的系列金属负载型催化剂合成气制甲醇反应性能,重点考察了催化剂上合成甲醇反应体系的耐硫性能。结果表明,Cu/ZnO催化剂显示了较好的甲醇合成反应性能,但该反应在含硫气氛下迅速失活;Pd/CeO₂催化剂体现了良好的甲醇合成反应性能和该反应体系的高耐硫性能。结合多种物理化学表征手段分析得出, Cu/ZnO催化剂在含硫气氛下因活性组分形成金属硫化物而失活;Pd/CeO₂催化剂中的载体CeO₂可优先与硫作用而保护金属活性组分,进而保持了Pd/CeO₂反应体系的高抗硫性能。     

Cu/SiO2催化剂上苯胺和乙二醇一步合成吲哚的研究

采用浸渍法，制备了用于合成吲哚的Cu/SiO2催化剂，研究了不同载体和活性组分Cu对苯胺和乙二醇一步合成吲哚反应的催化活性，发现γ-Al2O3、活性炭、Na-Y，SiO2-MgO、MCM41、SiO26种载体中，SiO2是最好的载体；催化剂活性组分Cu含量为0.78mmol/gSiO2时，吲哚的收率高达88%，考察了水蒸汽、氢气、反应温度及接触时间等因素对反应性能的影响，并对催化剂进行了TG测试，得到了Cu/Sio2催化剂催化合成吲哚适应反应条件。     

Cu/Zn/TiO2负载型催化剂上CO2加氢合成甲醇

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备Cu/Zn/TiO2负载型催化剂,研究了不同Cu、Zn负载量对催化剂性能的影响,采用BET、XRD、TPR对催化剂进行了表征.考察了反应温度、压力和催化剂组成对CO2加H2催化合成甲醇的影响.     

前驱体物相转变对浆态床合成甲醇催化剂活性的影响

采用并流共沉淀法, 通过考察老化温度, 研究CuO/ZnO/Al₂O₃催化剂前驱体晶相及组成的变化对浆态床催化合成甲醇的反应活性的影响. 结果表明, 前驱体的物相转变对浆态床合成甲醇活性影响显著, 单斜晶系锌孔雀石(Cu,Zn)₂CO₃(OH)2和斜方晶系绿铜锌矿(Cu,Zn)₅(CO₃)₂(OH)₆晶体是产生高活性催化剂的主要物相. 随着Cu²⁺/Zn²⁺进入Zn₅(CO₃)₂(OH)₆/Cu₂CO₃(OH)₂晶格, 离子同晶取代量增加, 催化剂前驱体中形成了固定铜锌比的锌孔雀石和绿铜锌矿物相. 焙烧后催化剂比表面积增大, CuO-ZnO固溶体协同作用加强, 浆态床催化合成甲醇的活性提高.     

沉淀方法对铜基甲醇合成催化剂前驱体及其性能的影响

 分别采用共沉淀法 (CP)、两步沉淀法 (TP) 和分步沉淀法 (FP) 制备了 Cu/ZnO/Al₂O₃ 甲醇合成催化剂. 结果发现, FP 催化剂上甲醇收率比 CP 催化剂上高 46.3%, 比 TP 催化剂上高 9.3%. 采用 X 射线衍射、微分热重分析、红外光谱、N₂ 吸附-脱附、程序升温还原及 N₂O 滴定等方法表征了催化剂. 结果表明, FP 催化剂前驱体中 (Cu,Zn)₂CO₃(OH)₂ 和 (Zn,Cu)₅(CO₃)₂(OH)₆ 两种高活性物相较多, 而 (Cu,Zn)₆Al₂(OH)₁₆CO₃•4H₂O 物相较少, 焙烧后形成了较多的 CuO-ZnO 固溶体, 同时形成了较多的碳酸盐, 因而催化活性更高.     

并流淤浆混合法制备铜基甲醇合成催化剂及助剂Al2O3的作用研究

采用并流淤浆混合法制备了一系列具有不同铜锌铝比的铜基甲醇合成催化剂CuO/ZnO/Al2O3，测试了其催化性能(甲醇收率和CO转化率)及物相结构，并对该制备方法进行评价。Cu∶Zn∶Al摩尔比为4∶5∶1 的铜基催化剂显示了最好的催化活性。通过对催化剂前驱物煅烧过程进行DTA分析及对前驱物进行XRD分析表明， 催化剂前驱物的物相与Al2O3的量有关。当Al2O3的量较低时，前驱物的物相以(Cu0.3 Zn0.7)5(CO3)2(OH)6为主；当Al2O3的量较高时，前驱物中物相(Cu0.3Zn0.7)5(CO3)2(OH)6的量下降，而物相Cu2CO3(OH)2的量增加。物相(Cu0.3 Zn0.7)5(CO3)2(OH)6对终态催化剂的活性是十分有利的 。     

制备高碳醇用Cu-Zn-Zr催化剂的研究

研究了制备高碳醇用新的催化体系ＣｕＺｎＺｒ．ＣｕＺｎＺｒ催化剂可用Ｃｕ（ＮＯ３）２,Ｚｎ（ＮＯ３）２,ＺｒＯＣｌ２和Ｎａ２ＣＯ３为原料,采用并流共沉淀法制备．研究结果表明,ＣｕＺｎＺｒ催化剂对脂肪酸甲酯加氢制备高碳脂肪醇具有很高的活性．催化剂的活性测定结果及ＸＲＤ和ＴＰＲ表征结果表明,Ｃｕ和Ｚｎ都是该催化剂的活性组分,Ｃｕ０和ＺｎＯ是其活性物相,Ｚｒ组分以ＺｒＯ物相存在,对活性组分起着间隔分散作用．用ＡＳＡＰ２０００型物理吸附仪测定了催化剂的比表面积、比孔容、孔结构和孔径分布,揭示了在不同条件下制备的ＣｕＺｎＺｒ催化剂活性差异的原因     

液相还原法制备Cu/Zn/Al/Zr催化剂用于CO2加氢合成甲醇

近年来,由于大气CO2浓度增加引起的温室效应正日益威胁着人类的生存与发展,CO2的捕获与利用是有望解决温室效应和能源危机的有效途径.CO2催化转化为甲醇成为众多研究者关注的焦点,这是因为甲醇不仅是一种重要的基本化工原料,也是一种洁净的绿色燃料和能源载体.Cu基催化剂广泛应用于CO2加氢合成甲醇反应,并表现出良好的催化性能.通常,金属催化剂的制备是采用H2对金属氧化物进行还原.然而,传统的气相还原过程伴随着强烈的热效应,且需要在高温(473-573 K)下进行,会引起表面铜颗粒长大并加速其聚集烧结,使得活性组分利用率下降.近年来,以NaBH4为还原剂的液相还原法逐渐受到人们的重视,该方法操作简单、快捷且条件可控,反应在低温下进行,放出的热量可在液相环境中迅速得到转移,大大抑制了铜颗粒的聚集.因此,液相还原法可制备出高铜分散度、高活性的催化剂.焙烧温度对铜基催化剂结构和催化性能的影响已得到广泛探究,但这仅限于含二价铜物种催化剂,焙烧温度对含多种铜价态催化剂的影响未见报道.由于液相还原法制备的催化剂含有还原态的铜物种(Cu0和Cu+),它们比Cu2+具有更强的流动性,因此在后续的焙烧过程中催化剂更容易发生烧结和聚集.本文采用液相还原法合成了Cu/Zn/Al/Zr催化剂,分别于423,573,723和873 K焙烧后用于CO2加氢合成甲醇反应,考察了焙烧温度对制备的铜基催化剂结构性质和催化性能的影响,并与传统共沉淀法制备的催化剂进行了对比.结果显示,随着焙烧温度升高,铜物种聚集作用增强,金属铜颗粒尺寸增大,873 K时烧结出现显著增强.由于比表面积随焙烧温度升高而减小,高温度焙烧的催化剂具有小的表面碱性位数目.焙烧温度会影响催化剂中铜物种与其它组分的相互作用,进而影响催化剂的还原.随着焙烧温度的升高,催化剂的还原温度逐渐降低,表面Cu+/Cu0的比例先增后减.CO2加氢活性评价显示,液相还原法制备的催化剂具有更高的催化活性,尤其是甲醇选择性;随着焙烧温度升高,催化剂的CO2转化率和甲醇选择性先增后减,CZAZ-573催化剂具有最高活性,且在1000 h长周期活性测试中表现稳定.CO2转化率与催化剂暴露金属铜的比表面积密切相关.相比Cu0,产物甲醇更容易在Cu+表面催化生成,催化剂表面的Cu+/Cu0比与甲醇选择性的变化规律一致.通过调控焙烧温度可得到高Cu比表面积以及高Cu+/Cu0比的催化剂,有利于CO2加氢生成甲醇.     

沉淀还原法制备高性能CO2加氢合成甲醇Cu/ZnO/Al2O3催化剂

由铜基催化剂催化CO2+H2合成甲醇是有效利用CO2的潜在途径[1～5]. 但传统的催化剂对该反应的催化活性及选择性均很低[3～5], 因而寻求具有高活性及高选择性的新型催化剂已成为重要研究课题[4,6]. Cu/ZnO系列催化剂的制备方法和助剂对催化剂的性质及CO2加氢合成甲醇的反应性能有显著影响[6～10], 传统的气相还原活化铜基催化剂的过程常伴随强烈的热效应, 导致催化剂活化过程存在耗时长及还原条件难以控制等问题[11]. 本文采用沉淀-还原法, 用KBH4溶液对新鲜制备的碳酸盐共沉淀进行液相化学还原处理, 直接得到高活性及高选择性的还原态Cu/ZnO/Al2O3甲醇合成催化剂, 并可通过改变催化剂表面Cu+/Cu0活性物种的相对比例来改善催化剂的活性及选择性.     

Cu-Ni/Zn催化剂甲醇裂解机理原位XPS研究

利用原位XPS 和TPD MS 技术研究了Cu Ni/Zn催化剂在甲醇裂解反应中的机理和活性中心.TPD MS脱附产物中仅检测到CH3OH、H2和CO,而未发现CH4和CH3OCH3、HCOOCH3等其它含氧物种,说明在CH3OH裂解过程中仅包括O－H、C－H键的断裂,而不存在C－O键的断裂过程.In situ XPS的研究发现,在反应温度升高到200 ℃以上时,Cu/Zn催化剂中的Zn明显被还原,反映出Cu/Zn催化剂失活过程的Cu Zn合金生成过程,而在Cu Ni/Zn催化剂中未观察到Zn的还原,且表面出现Cu＋/Cu0共存的现象.Cu＋和Cu0很可能共同构成催化剂表面的活性中心,Cu＋应该是在甲醇裂解反应过程中形成的中间态.产物氢从Cu Ni/Zn 催化剂表面脱附为反应的控速步骤.     

沉淀及老化温度对浆态床合成甲醇CuO/ZnO/Al2O3催化剂活性及稳定性的影响

利用浆态床反应器,考察了沉淀及老化温度对CuO/ZnO/Al₂O₃催化剂催化合成甲醇的活性及稳定性的影响,并用XRD、BET、FT-IR以及XPS等技术对前驱体及催化剂进行了表征。结果表明,前驱体物相主要以孔雀石(Cu₂(CO₃)(OH)₂)和类孔雀石((Cu,Zn)₂(CO₃)(OH)₂)为主,其中,70 ℃沉淀和80 ℃老化条件下制备的前驱体具有适当的结晶度,焙烧后的催化剂中CuO分布均匀,Cu元素的电子结合能位移最大,CuO与ZnO之间作用较强,催化剂的性能最佳,时空收率和失活率分别达到了153.3 g/(kg_cat·h)和1.44%/d。     

探究Cu/ZnO相互作用对CO2加氢制甲醇反应性能的影响

Using renewable green hydrogen and carbon dioxide (CO₂) to produce methanol is one of the fundamental ways to reduce CO₂ emissions in the future, and research and development related to catalysts for efficient and stable methanol synthesis is one of the key factors in determining the entire synthesis process. Metal nanoparticles stabilized on a support are frequently employed to catalyze the methanol synthesis reaction. Metal-support interactions (MSIs) in these supported catalysts can play a significant role in catalysis. Tuning the MSI is an effective strategy to modulate the activity, selectivity, and stability of heterogeneous catalysts. Numerous studies have been conducted on this topic; however, a systematic understanding of the role of various strengths of MSI is lacking. Herein, three Cu/ZnO-SiO₂ catalysts with different strengths of MSI, namely, normal precipitation Cu/ZnO-SiO₂ (Nor-CZS), co-precipitation Cu/ZnO-SiO₂ (Co-CZS), and reverse precipitation Cu/ZnO-SiO₂ (Re-CZS), were successfully prepared to determine the role of such interactions in the hydrogenation of CO₂ to methanol. The results of temperature-programmed reduction (H₂-TPR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) characterization illustrated that the MSI of the catalysts was considerably affected by the precipitation sequence. Fourier transform infrared reflection spectroscopy (FT-IR) results indicated that the Cu species existed as CuO in all cases and that copper phyllosilicate was absent (except for strong Cu-SiO₂ interaction). Transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), and N₂O chemical titration results revealed that strong interactions between the Cu and Zn species would promote the dispersion of Cu species, thereby leading to a higher CO₂ conversion rate and improved catalytic stability. As expected, the Re-CZS catalyst exhibited the highest activity with 12.4% CO₂ conversion, followed by the Co-CZS catalyst (12.1%), and the Nor-CZS catalyst (9.8%). After the same reaction time, the normalized CO₂ conversion of the three catalysts decreased in the following order: Re-CZS (75%) > Co-CZS (70%) > Nor-CZS (65%). Notably, the methanol selectivity of the Re-CZS catalyst was found to level off after a prolonged period, in contrast to that of Co-CZS and Nor-CZS. Investigation of the structural evolution of the catalyst with time on stream revealed that the high methanol selectivity of the catalyst was caused by the reconstruction of the catalyst, which was induced by the strong MSI between the Cu and Zn species, and the migration of ZnO onto Cu species, which caused an enlargement of the Cu/ZnO interface. This work offers an alternative strategy for the rational and optimized design of efficient catalysts.     

Influence of Reaction Conditions on Methanol Synthesis and WGS Reaction in the Syngas-to-DME Process

A series of CuO-ZnO catalysts (with different Cu/Zn molar ratios) were prepared, and evaluated under the reaction conditions of syngas-to-dimethyl ether (DME) with three sorts of feed gas and different space velocity. The catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD) and temperature-programmed reduction (TPR). The experiment results showed that the reaction conditions of syngas-to-DME process greatly affected the methanol synthesis and WGS reaction. The influence caused by Cu/Zn molar ratio was quite different on the two reactions; increasing of percentage of CO2 in feed gas was unfavorable for catalyst activity, and also inhibited both reactions: enhancement of reaction space velocity heavily influenced the performance of the catalyst, and the benefits were relatively less for methanol synthesis than for the WGS reaction.