含氧煤层气流化床催化燃烧脱氧特性研究

利用自制的铜基球形甲烷催化燃烧催化剂,在小型流化床反应器中对模拟含氧煤层气进行了流化床催化燃烧脱氧的实验研究,考察了床层温度、催化剂粒径、空速对脱氧效率和CO₂选择性的影响。结果表明,较高的反应床层温度使催化剂活性增强,进而提高催化脱氧效率。床层温度在450 ℃以上,脱氧效率可稳定保持在95%以上。较小的催化剂粒径降低了内扩散阻力对催化反应的影响,提高催化反应的CO₂选择性。床层温度在450 ℃以下时,降低空速可提高氧气转化率,但温度高于450 ℃时,脱氧反应速率加快,空速变化对脱氧效率影响不明显。此外,通过调节CH₄/Air比例模拟不同含氧量的煤层气,考察流化床反应器及催化剂对含氧煤层气中O₂浓度变化的适应性。模拟含氧煤层气中氧气体积分数在5%~15%,该催化剂均表现出高的脱氧活性和选择性,反应器出口气体中氧气体积分数低于0.2%,CO₂选择性高于98%。     

构建稳定的CuO/La2Sn2O7催化剂用于碳烟颗粒燃烧:CuO在La2Sn2O7烧绿石复合氧化物载体上的单层分散行为

柴油车尾气排放的碳烟颗粒造成了日益严重的环境污染.目前催化燃烧是消除碳烟颗粒污染的有效技术.针对金属氧化物负载体系,20世纪70年代末谢有畅教授等人提出了单层分散理论,是指导设计高效负载催化剂的一个重要思想,已被科研工作者们普遍接受.当负载催化剂体系用于某个特定反应时,通常会表现出单层分散阈值效应,即负载的活性组分含量为单层分散阈值时,催化剂往往具有最好的活性和选择性.为探究金属氧化物在复合氧化物载体上的分散行为,并期望研制出性能优良的碳烟颗粒消除催化剂,本文制备了系列不同负载量的CuO/La₂Sn₂O₇催化剂,并把实验表征技术和DFT计算方法相结合,对其构效关系进行了研究.结果表明,CuO可自发分散在La₂Sn₂O₇烧绿石载体,其单层分散容量为1.90 mmol CuO/100 m²La₂Sn₂O₇.CuO负载量不高于该容量时,以亚单层或单层分散状态存在.XPS、Raman、Bader电荷和DOS分析证明,亚单层/单层CuO中的Cu2+离子可把其电荷选择性地传递给La₂Sn₂O₇烧绿石载体结构中B位的Sn4+离子,因而与载体产生强相互作用.反之,Cu²⁺离子与载体结构中A位的La³⁺离子之间无电荷转移,不产生作用.这表明在含多种金属离子的复合氧化物载体上,被负载的金属氧化物可优先与载体中的一种金属离子产生相互作用.Raman、原位DRIFTS和XPS结果表明,在界面上形成的O2^?和O2^2?亲电氧离子是CuO/La₂Sn₂O₇催化剂表面的活性中心,其含量决定了催化剂碳烟颗粒燃烧的活性.在CuO负载量低于单层分散容量时,这些表面活性亲电氧离子含量随着CuO的负载量升高而增加,直至单层分散容量时达到最大.在CuO负载量高于单层分散容量时,CuO微晶开始形成,并对表面活性亲电氧离子的生成产生负面影响.上述结果表明,CuO/La₂Sn₂O₇催化剂用于碳烟颗粒燃烧具有明显的单层分散阈值效应;并可通过在La₂Sn₂O₇载体表面负载单层分散量的CuO获得活性最佳的催化剂.     

离子液体捕集CO2

CO₂是导致温室效应的最主要成分,因此碳捕集技术的研究受到学术界和产业界的高度重视。离子液体具有不挥发、不燃烧、热稳定性好、溶解能力强、结构和性质可调节并可循环使用等特性,在CO₂的吸收/分离领域展现了广阔的应用前景。本文系统地综述了近年来常规离子液体、功能化离子液体、支撑离子液体膜、聚合离子液体以及离子液体与分子溶剂的混合物在捕集CO₂方面的研究进展;讨论了离子液体的阳离子结构、阴离子类型、烷基链长度、阴/阳离子的氟化程度和功能化、离子液体的负载作用和聚合效应以及体系的温度和压力对CO₂选择性捕集性能的影响;分析了可能的捕集机理以及各种捕集方法的优点和缺点;提出了目前需要进一步研究的若干重要问题,并对其发展前景进行了展望。     

助剂和原料气中CO2浓度对CuFeZr催化剂用于合成气制混合醇的影响

考察了不同助剂（Mn、Zn、Co）对CuFeZr催化剂用于合成气制混合醇的影响。借助BET、XRD、H₂-TPR等对其物化性质进行了表征,结果表明,加入助剂可减小颗粒粒径并且增强对CO的吸附能力以及催化剂表面碱性,其中,加入Zn可以增强CuFe间的相互作用,改善CuFeZr催化剂的还原性质,提高对CO的吸附能力,以及提供最强的表面碱性。用固定床反应器对催化剂的反应性能进行了评价,反应结果表明,加入Zn可以显著提高CuFeZr催化剂用于合成气制混合醇的反应活性及醇选择性,使醇时空收率从0.026 g/（g_cat·h）提高至0.071 g/（g_cat·h）。由于循环条件下,反应产物CO₂同时也是原料气的组成成分,进一步地探究了原料气中CO₂浓度对催化剂反应性能的影响。结果表明,加入CO₂可提高CO转化率和醇以及烃的收率,但阻碍链增长反应并使得产物烯烷比降低。其中,在所考察浓度范围内,原料气中含有2.5%的CO₂最有利于醇和烃的生成尤其是低碳醇和低碳烃的生成。     

金属掺杂对LaFe基钙钛矿催化CO2加氢制低碳烯烃性能影响(英文)

通过溶胶-凝胶法和浸渍法制备K/LaFeBO₃ (B=Cu、Zr、Al、Mn、Ni、Zn)钙钛矿催化剂,结合SEM、XRD、BET、H₂-TPR、CO₂-TPD、TG、XPS等表征,探究了金属掺杂对LaFe基钙钛矿催化CO₂加氢制备低碳烯烃性能的影响。结果表明,Cu和Zn的加入有利于提高Fe分散度并降低还原温度,同时低温下氢的脱附增加且碱性位增多。氧空位迁移变化对催化活性和烯烃选择性有重要影响,当Cu和Zn在B位取代Fe时,氧迁移率增加明显,具有较低结合能的表面晶格氧富集,显著提高了催化活性,促进了低碳烯烃生成。     

焙烧温度对Ni-Mg基蜂窝状催化剂生物燃气重整调变性能的影响

采用浸渍法制备了Ni、Mg双金属负载在堇青石表面形成的蜂窝状催化剂,研究了焙烧温度对催化剂结构和生物质粗燃气重整反应性能的影响.结果表明,在不同焙烧温度下主要有NiO和NiMgO₂固溶体物相生成.相比于其他焙烧温度,催化剂在650 ℃焙烧温度下更有利于镍活性金属位的分散和活性位数量的增加.在干重整反应条件下,CH₄、CO₂的转化率以及H₂、CO产率随焙烧温度的升高呈现先增加后降低的变化趋势,在650 ℃焙烧温度下达到最高.在水蒸气重整反应条件下主要发生烃类产物与H₂O和CO₂的重整反应以及水煤气变换反应,焙烧温度的升高有利于水煤气反应的进行.此外,焙烧温度对于干重整反应条件下的H₂/CO体积比调节影响较小,而对于水蒸气重整反应条件下的H₂/CO体积比可进行选择性调节.     

Co/La-Ga-O复合氧化物用于催化二氧化碳加氢制乙醇

以LaCo_1-xGa_xO₃为前驱体,还原后得到的Co/La₂O₃-La₄Ga₂O₉复合氧化物催化剂,用于CO₂加氢直接制乙醇。通过XRD、XPS、TPD和TEM等技术对催化剂结构进行了表征,采用微型固定床反应器在230-290℃、3 MPa、空速（GHSV）为3000 mL/（g_cat·h）和H₂/CO₂进料物质的量比为3.0的条件下,考察了该Co/La-Ga-O复合氧化物用于CO₂加氢制乙醇的催化性能。结果显示,该Co/La-Ga-O复合氧化物催化剂对生成乙醇具有很高的选择性。与LaCoO₃相比,Ga的掺杂可抑制甲烷的形成,促进醇类（特别是乙醇）的生成。当Co/Ga比为7：3时,还原后的LaCo_1-xGa_xO₃催化剂体现出最好的催化性能,CO₂转化率为9.8%,总醇选择性达到74.7%,其中,液相产物中的乙醇质量分数可达到88.1%。基于实验结果推测,该催化剂上Co⁰和Co^δ+的协同作用促使CO₂选择性加氢生成乙醇。     

Pd/C催化剂用于CO2电化学还原生成CO:Pd载量的影响

CO₂电化学还原反应可以将CO₂转化为燃料并同时实现再生能源的有效存储. 目前纳米结构的多相催化剂已经广泛应用于此反应,其中碳负载钯纳米粒子（Pd/C）表现出优异的CO₂电化学还原性能. 本工作研究了钯载量对于Pd/C催化剂结构以及其催化CO₂还原生成CO反应活性和选择性的影响. 不同载量的Pd/C催化剂通过液相还原方法制备,钯纳米粒子均匀地分散在碳载体上,载量并没有明显改变对纳米粒子的粒径. 在优选的电解质（0.1 mol·L^-1 KHCO₃）中,CO法拉第效率与载量呈现火山型曲线关系,-0.89 V时载量为20wt%的Pd/C催化剂达到最高的CO法拉第效率(91.2%). 生成CO的几何电流密度随着钯载量的增加而增加,但CO转换频率具有相反的趋势,载量为2.5wt%的Pd/C催化剂具有最高的转换频率. 这种载量对CO₂电化学还原反应活性和选择性的影响主要由活性位的数量、反应动力学、中间物种的稳定性以及反应物、中间物种和产物的传质过程等共同决定.     

铁酸镍用于热化学循环反应CO2分解制CO的研究

采用共沉淀法制备了NiFe₂O₄和NiFe₂O₄/ZrO₂催化剂,用TGA考察了其热化学法,CO₂高温分解反应性能。通过对反应前后催化剂的表征发现,反应高温使两种催化剂都发生了明显的烧结,导致在热还原反应中形成的还原态氧化物不能完全被CO₂氧化从而降低了催化剂的反应性能;ZrO₂的加入对于提高催化剂的热稳定性以及循环反应稳定性具有重要的作用。在高温反应炉中考察了NiFe₂O₄/ZrO₂的CO₂分解实验,结果表明,提高热还原温度可以提高CO产量,然而,随着循环次数的增加CO的产量降低得更明显。     

B原子掺杂调控CuIn纳米合金电子结构以实现电化学CO2还原宽电位活性(英文)

杂原子掺杂可以调节电子结构以调整中间体吸附并优化反应路径,是设计高效CO₂还原反应(CO₂RR)催化剂的有应用前景的方法.B原子是常用的掺杂剂,引入B原子可以有效打破*COOH和OCHO*中间体的吉布斯自由能线性关系,并且可以通过与CO₂中O原子结合来增强CO₂吸附能力.B掺杂碳材料、单金属和金属氧化物的研究结果表明, B原子掺杂催化剂的CO₂RR活性和/或选择性有明显提高,然而多数报道的单个活性位点的B掺杂催化剂仅表现出在相对狭窄的电位范围内的CO₂RR高性能,设计制备CO₂RR的宽电位高选择性催化剂仍是巨大挑战.研究表明,合金化是提供多种类的活性位点相互协调和增强催化剂固有活性,进而改善CO₂RR性能并调节产物分布的可行策略.引入B原子到合金中以调节电子结构,最终优化关键中间体吸附的活性位点,对于寻找具有宽电位窗口的先进催化剂具有重要意义.本文提出了一种通过B掺杂调节CuIn合金电子结构以实现宽电位高选择性的...     

尿素燃烧法制备CuO-ZnO/HZSM-5及其催化CO_2加氢合成二甲醚的性能

以尿素为燃烧剂,先采用燃烧法制备CuO-ZnO催化剂,接着采用研磨法将其与HZSM-5分子筛均匀混合形成CuO-ZnO/HZSM-5双功能催化剂.采用固定床反应器,在反应温度260℃、压力3.0 MPa、空速1 500 h-1条件下,考察了不同Cu/Zn(摩尔比)催化剂在CO_2加氢合成二甲醚反应中的催化性能.通过XRD、N_2等温吸附脱附、H2-TPR、NH3-TPD对催化剂进行表征,研究了不同Cu/Zn对催化剂结构及表面酸性的影响.结果表明:当Cu∶Z n=6∶4时,催化剂对CO_2催化加氢直接合成二甲醚反应的催化活性和选择性最佳,CO_2的转化率、DME的选择性分别为11.95%和28.74%,且在催化剂上具有更多的低温还原Cu和较强的酸中心,从而提高了CO_2加氢活性和二甲醚的选择性.     

SiO2改性的Cu-ZnO/HZSM-5催化剂及合成二甲醚性能

以廉价的硅酸钠为硅源，碳酸钠为沉淀剂，采用共沉淀沉积法制备了SiO2改性的Cu-ZnO/ HZSM-5催化剂，用XRD、SEM、H2-TPR、XPS等手段进行了表征，考察了对CO2加氢合成二甲醚的催化活性。结果表明，SiO2促进了催化剂前驱体的分散，延缓了焙烧后催化剂晶粒的长大和颗粒的团聚。SiO2改性的同时影响了CuO的分布状态及还原过程。1.0%SiO2改性的Cu-ZnO/HZSM-5催化剂，用于CO2加氢合成二甲醚，CO2转化率和二甲醚的收率达28.53%和16.34%，与未经改性的Cu-ZnO/ HZSM-5相比，CO2转化率和二甲醚收率分别提高了20%和34%；继续增大SiO2用量，催化剂的活性反而降低。XPS和AES表征表明，1.0%SiO2改性的Cu-ZnO/HZSM-5催化剂中，Cu0是甲醇合成的活性中心，锌以ZnO的形式存在。     

ACo_2O_4/HZSM-5催化剂上N_2O的直接分解

分别采用柠檬酸络合燃烧法和低温络合浸渍法制备尖晶石型复合金属氧化物催化剂ACo2O4(A=Mg,Ni,Zn)和分子筛负载尖晶石型复合金属氧化物催化剂ACo2O4/HZSM-5(A=Mg,Fe,Ni,Cu,Zn,Zr,La).采用X射线衍射(XRD)、氨程序升温脱附(NH3-TPD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDS)等手段对催化剂进行表征,并在固定床微型反应器中评价其催化分解N2O活性.实验结果表明,A位离子种类影响ACo2O4/HZSM-5催化剂活性,以Ni、Fe、Zr或La为A位离子时,催化剂的活性较好,N2O分解温度低.ACo2O4/HZSM-5催化剂的活性高于ACo2O4尖晶石型复合氧化物,一方面是ACo2O4在分子筛HZSM-5载体上高度分散,使其以超细颗粒形态存在,另一方面ACo2O4/HZSM-5催化剂具有适宜的酸性,可提高催化剂的活性.     

改性HZSM-5催化乙醇脱水制乙烯的研究

采用离子交换法分别制备了铁、钴、镍改性的HZSM-5分子筛催化剂.在连续流动固定床微型反应装置上对催化剂进行了活性评价,结果表明镍改性的催化剂具有较好的低温活性.采用透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD),吡啶程序升温脱附(Py-TPD),N2-吸附脱附和程序升温氧化(TPO)等手段对催化剂反应前后的物性进行了表征,结果表明催化剂的表面酸性决定其催化乙醇脱水的性能.镍改性后,降低了催化剂的强酸量、增加了弱酸量,有利于乙醇转化率和乙烯选择性的提高,镍是比较合适的改性金属.以镍改性的HZSM-5为催化剂,对乙醇脱水制乙烯反应的工艺条件进行了优化.     

Influence of Pretreatment Conditions on Methane Aromatization Performance of Mo／HZSM—5 and Mo—Cu／HZSM—5 Catalysts

Mo/HZSM-5 is a good catalyst for methane aromatization, and the reaction performance of Mo/HZSM-5 and Cu modified Mo/HZSM-5 catalysts under various pretreatment conditions has been studied. The results indicate that the catalyst presented a distinguished catalytic activity, benzene selectivity and a high stability when the bed temperature was raised in N2 atmosphere.     

CO2加氢合成二甲醚的催化剂的制备

先采用均匀沉淀法制备出CuO—ZnO催化剂,然后以CuO—ZnO催化剂作为晶核采用水热合成法制备出CuO—ZnO／HZSM-5（氢型ZSM-5分子筛）复合催化剂．利用X射线衍射和氨程序升温脱附手段对复合催化剂进行表征,并应用于CO2催化加氢合成二甲醚的反应．研究结果表明,在相同的反应条件下,这种CuO—ZnO／HZSM-5复合催化剂与采用物理混合法制备出的复合催化剂相比具有更好的催化效果,不但提高了CO2的转化率、二甲醚的选择性以及二甲醚和甲醇的总选择性,同时还改善了催化剂的稳定性．     

添加Mo对Cu/HZSM-5催化剂性能影响

负载催化剂;二氧化碳加氢;二氧化碳;添加Mo对Cu/HZSM-5催化剂性能影响     

钾改性对Au/ZSM-5催化剂上正丁烷裂解性能的影响

采用负压沉积沉淀法制备了负载型Au/HZSM-5催化剂,采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、Ｘ射线光电子能谱（XPS）、NH3-TPD、紫外可见漫反射（UV-vis）等技术对催化剂进行了表征分析,并考察了催化剂对正丁烷裂解性能的影响。结果表明,Au金属成功负载到HZSM-5催化剂上,并且金颗粒的尺寸受负载量的影响,其中1.0%Au/HZSM-5催化剂中的金颗粒粒径最小,约为5～10nm。钾离子作为一种碱性离子可以调节载体酸性,随着K离子的引入xK-Au/HZSM-5催化剂的酸性逐渐降低,使Au0的电子结合能更高。相对于HZSM-5,2.0Au/HZSM-5催化剂对于正丁烷的转化率从13.1%提升到了37.5%,对丙烯的选择性从17.2%提升到了52.5%。随着K离子的引入,催化剂对于丁烯以及异丁烷的选择性有所提高,当K离子负荷为0.08%时,对丁烯的选择性从3.8%提高到36.9%,负荷为0.1%时,对异丁烷的选择性由2.8%提升到51.8%。但原料转化率低于2.0Au/HZSM-5,这可能与K的加入降低催化剂酸改性有关。此外通过研究Au/HZSM-5用K+修饰得知Au+离子是Au/HZSM-5催化剂转化正丁烷主要活性中心。     

Fe助剂对Cu/ZrO2甲醇水蒸气重整制氢催化剂的影响

利用XRD、TPR和EXAFS等手段，研究了Fe助剂对Cu/Fe2O3/ZrO3催化剂物化特性的影响，同时研究了对甲醇水蒸气重整反应活性和选择性的影响。结果表明，Fe对Cu/ZrO2催化剂结构有一定的修饰作用。添加Fe助剂后，铜的分散度提高，催化剂的起始还原温度提前，还原温度区间缩短；同时甲醇水蒸气重整制氢反应催化活性上升，氢选择性提高，产物中CO含量降低，但铁铜比应有一最佳值。     

Ce1-xFexO2复合氧化物的结构及其催化碳烟低温燃烧性能

用水热法制备了不同摩尔比的系列Ce1-xFexO2复合氧化物碳烟燃烧催化剂. 采用X射线粉末衍射(XRD)、比表面积(BET)、拉曼光谱(Raman)、H2程序升温还原(H2-TPR)及程序升温氧化反应(TPO)等技术考察了Fe含量对催化剂结构和性能的影响, 重点探讨了催化剂表面性质和体相结构与催化活性和稳定性之间的关系. 结果表明, Fe3+较难进入CeO2晶格中, 部分Fe2O3分散在CeO2表面. 铈铁固溶体(氧空位)有利于氧的吸附活化, 而表面氧化铁对提高催化剂的抗老化能力起着重要作用. Ce0.8Fe0.2O2有最高的Fe3+掺杂量, 有良好分散性的表面Fe2O3, 显示出最好的催化活性和稳定性, 催化碳烟的起燃温度(Ti)和生成CO2的峰值温度(Tp)分别为262和314 ℃. Ce0.8Fe0.2O2高温老化后的Ti和Tp仍较低, 分别为292和392 ℃.