微波辐射对浆态床合成甲醇CuO/ZnO/Al2O3催化剂前驱体晶相转变的影响

在微波辐射条件下,对CuO/ZnO/Al2O3催化剂的沉淀母液进行老化,通过XRD、TG、H2-TPR,FTIR、HR-TEM和XPS对前驱体及催化剂微观结构的进行表征,探讨了CuO/ZnO/Al2O3催化剂前驱体晶相转变过程中微波辐射的作用。结果表明,微波辐射有利于Cu2+取代Zn5(CO3)2(OH)6中Zn2+的同晶取代反应。微波辐射的老化过程中,首先发生Cu2+取代Zn5(CO3)2(OH)6中Zn2+生成(Cu,Zn)5(CO3)2(OH)6的同晶取代反应,并于1.0 h内基本完成;随着老化时间继续延长,主要进行Zn2+取代Cu2(CO3)(OH)2中Cu2+生成(Cu,Zn)2(CO3)(OH)2的同晶取代反应,同时(Cu,Zn)5(CO3)2(OH)6进一步结晶。与常规老化1 h制备的前驱体相比,微波辐射老化1.0 h制备的前驱体含有较多的(Cu,Zn)5(CO3)2(OH)6物相,有助于增强焙烧后CuO/ZnO/Al2O3催化剂中CuO-ZnO协同作用,提高表面铜含量,进而提高CuO/ZnO/Al2O3催化剂在浆态床合成甲醇的催化活性和稳定性,在400 h浆态床合成甲醇评价期间,甲醇时空收率最大达318.9 g.kg-1.h-1,失活率仅为0.11%.d-1。     

沉淀温度对CuO/ZnO/Al2O3催化剂前驱体物相及催化水煤气变换反应活性的影响

 用X射线衍射、差热热重测定、程序升温还原、N2吸附、N2O滴定和常压微反活性评价技术考察了沉淀温度对CuO/ZnO/Al2O3系催化剂及其前驱体的物相和催化水煤气变换反应活性的影响. 结果表明,在沉淀温度为60～90 ℃时,催化剂前驱体中主要存在Cu2CO3(OH)2,(Cu,Zn)2CO3(OH)2和(Cu,Zn)6Al2(OH)16CO3·4H2O三种物相. 焙烧后的催化剂样品中形成了较多的CuO-ZnO固溶体,沉淀温度升高有利于CuO-ZnO固溶体的形成及催化剂活性的提高. 水煤气变换反应是一个非结构敏感型反应.     

氧化铈稳定的CuO簇在CO,C3H6和NO消除中的催化性能（英文）

研究了CuO与γ-Al2O3和CeO2的相互作用,并由此制备出能有效脱除CO,C3H6和NO的催化剂,考察了不同载体表面CuO簇的分散稳定性和耐老化性能.结果发现,随CuO负载量的增加,CuO簇因与CeO2载体的强相互作用而稳定存在;而在γ-Al2O3表面,CuO簇易聚集成较大的颗粒.另一方面,由于CeO2本身较差的热稳定性,表面分散的CuO在950oC高温处理后烧结.因此,基于γ-Al2O3载体优越的耐老化性能,在γ-Al2O3载体分散CeO2,然后再担载CuO,从而得到了稳定的CuO簇,所得催化剂比CuO/γ-A12O3和CuO/CeO2具有更好的催化性能和抗热老化性能.     

Pt-CeO2/SiO2催化剂用于室温湿空气中CO氧化反应

开发室温CO氧化催化剂的主要挑战是CO自中毒和慢的表面动力学,同时湿气的存在也可导致催化剂失活.本文开发了高活性CeO2促进的Pt基催化剂4%Pt-12%CeO2/SiO2,用于室温湿气(湿度10%?90%,25°C)中CO氧化反应,在低CO浓度(<500 ppm)和高CO浓度(>2500 ppm)时,CO转化率高于99%.优化了催化剂制备变量,如Pt和CeO2负载量、CeO2沉积方法、CeO2和Pt前驱体的干燥和焙烧条件.采用CO/H2化学吸附、O2-H2滴定、X射线衍射和BET比表面积测定表征了催化剂的表面特性,并将其与催化剂活性相关联.结果表明,CeO2沉积方法对催化剂活性影响显著,当用浸渍法沉积CeO2时,所得催化剂的反应速率(5.77μmol/g/s)比用沉积沉淀法(1.96μmol g?1 s?1)或CeO2嫁接法(1.31μmol g?1 s?1)制得催化剂的高3倍.O2-H2滴定结果表明,当用浸渍法沉积CeO2时,CeO2和Pt的紧密结合导致了催化剂的高活性.催化剂载体的选择也非常重要,硅胶负载的催化剂活性(5.77μmol g?1 s?1)是氧化铝负载的(1.05μmol g?1 s?1)5倍.当反应受内扩散控制时,催化剂载体的粒径和孔结构影响非常大.另外,CeO2和Pt前驱体的干燥和焙烧条件对催化剂活性的影响至关重要.当Pt和CeO2含量分别大于2.5和15 wt%时,所得催化剂在室温条件下活性高(TOF>0.02 s?1),稳定性好(反应15 h,CO转化率≥99%).     

CuO/CeO2-MOx(M=C0,Mn,Al和La)催化剂富氢条件下CO氧化性能的研究

研究了MOx(M=Co,Mn,Al和La)对CuO/CeO2催化剂富氢条件下CO选择性氧化性能的影响,并运用XRD,XPS,BET,TPR和TPD等手段对催化剂进行了表征.结果表明,MnOx和Co3O4的引入能提高CuO/CeO2催化剂富氢条件下CO选择性氧化的活性,其中以MnOx的改性效果最好,80 ℃时CO转化率达58%,140℃为100%.与其他CuO/CeO2-MOx催化剂相比,CuO/CeO2-MnOx催化剂中活性组分与载体的相互作用较强,铜原子外电子云密度升高,表面Cu和晶格氧含量较多,CO的吸附量较大.     

制备方法对CuO-CeO2/ZrO2催化CO氧化性能的影响

以ZrO2为载体、采用不同的浸渍次序制备了3种CuO-CeO2/ZrO2催化剂并在不同的温度(500,650和800℃)下进行焙烧,利用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H2-TPR和CO-TPR)及CO程序升温脱附(CO-TPD)技术对所制备的催化剂进行了表征,并采用色谱流动法考察了其催化CO低温氧化反应性能。结果表明,当焙烧温度为650℃时,3种催化剂的CO催化氧化活性均最佳,且三者的催化活性大小顺序为:CuO/CeO2/ZrO2>CuO-CeO2/ZrO2>CeO2/CuO/ZrO2。结合催化剂的表征和活性测试结果,我们认为高分散的CuO是CO的吸附中心,有利于CO的低温氧化反应,而大颗粒的CuO几乎对CO没有吸附作用,不利于CO的低温氧化反应。在3种催化剂中,CuO/CeO2/ZrO2催化剂具有最佳的低温还原特性和最大的CO2脱附峰面积,相应地具有最佳的催化氧化活性。     

焙烧温度对CuO/γ-Al2O3和CeO2-CuO/γ-Al2O3催化剂NO还原活性的影响

用浸渍法制备了CuO/γ-Al2O3催化剂和CeO2改性的CeO2-CuO/γ-Al2O3催化剂,考察了焙烧温度对CuO/γ-Al2O3和CeO2-CuO/γ-Al2O3催化剂C3H6还原NO反应活性的影响,以及CeO2的添加量对CeO2-CuO/γ-Al2O3催化剂C3H6还原NO反应活性的影响。结果表明,在200 ℃～500 ℃的焙烧温度范围内,焙烧温度对CuO/γ-Al2O3催化剂的活性影响很小；在500 ℃～800 ℃的焙烧温度范围内,随着焙烧温度的升高CuO/γ-Al2O3催化剂的活性急剧下降,由XRD物相测定结果可知,归因于对反应表现惰性的尖晶石CuAl2O4相的生成。当焙烧温度为500 ℃时,CeO2的添加对CuO/γ-Al2O3催化剂的活性影响很小；当焙烧温度为800 ℃时,CeO2的添加对CuO/γ-Al2O3催化剂有明显的助催化作用,当Ce和Cu的摩尔比为1∶10时,NO转化率较为理想。     

制备方法对CuO/CeO_2-ZrO_2催化CO低温氧化活性的影响

采用微波加热分解法(一步法)和微波加热处理共沉淀+浸渍法(两步法)制备了CuO/CeO2-ZrO2催化剂,并对其进行了X射线衍射、低温氮气吸附/脱附和程序升温还原等表征,采用色谱流动法考察了催化剂的催化CO低温氧化性能.结果表明,一步法比两步法更有利于使催化剂表面CuO高度分散,CuO与CeO2-ZrO2间的相互作用更强,CuO更容易被还原,从而具有更高的催化CO氧化活性.与CeO2-ZrO2有相互作用的高分散和小颗粒CuO有利于催化剂活性的提高,与CeO2-ZrO2无相互作用的大颗粒CuO对催化剂的活性有抑制作用.     

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。     

CeO2对CO选择性氧化催化剂氧传递速率的影响及模型模拟

采用共沉淀法和浸渍法制备了5%CuO/Al2O3催化剂,用脉冲H2滴定法研究助剂CeO2对CO选择性氧化催化剂反应过程中氧的传递速率的影响,并建立数学模型进行了模拟计算,得出助剂CeO2对CuO/Al2O3催化剂氧传递速率的影响规律。     

不同方法制备的CeO2载体对CuO/CeO2催化剂水煤气变换活性和稳定性的影响

分别采用沉淀法(A),水热法(B)和柠檬酸溶胶-凝胶法(C)制备了三种CeO2材料,并以其为载体采用沉积-沉淀法制备了CuO/CeO2催化剂.运用N2物理吸附、粉末X射线衍射(PXRD)、原位粉末X射线衍射(in situ PXRD)、氢气-程序升温还原(H2-TPR)和循环伏安法(CV)等技术对其进行了表征,考察了不同方法制备的CeO2载体对CuO/CeO2水煤气变换(WGS)催化剂的结构、氧化-还原性能、催化活性和稳定性的影响.结果表明,它们的催化活性和稳定性顺序都是CuO/CeO2-A＞CuO/CeO2-B＞CuO/CeO2-C.联系表征结果,CuO/CeO2催化剂的活性与催化剂中CuO的颗粒度、CuO的微观应力和中等大小且与二氧化铈相互作用的CuO的数量等有关,而这些因素很大程度上受CeO2载体本身的热稳定性的影响.根据CV中扫描次数的增加,Cu2+←→Cu0氧化还原峰面积减小,推断CuO/CeO2催化剂在一定条件下氧化还原是不可逆的,这可能是其在反应气氛下经受温度循环之后活性降低的原因.     

Zr对CuO/ZnO/Al_2O_3前驱体物相、催化剂结构及其合成甲醇性能的影响

采用并流共沉淀法,在CuO/ZnO/Al2O3三元催化剂中加入第四组分Zr,考察了沉淀温度对四元催化剂的前驱体物相组成及浆态床合成甲醇催化活性的影响。通过XRD、DTG、TPR、FTIR、CO-TPD、XPS、HR-TEM等对所制备催化剂及其前驱体的微观结构进行了表征。研究表明:Zr促进了绿铜锌矿(Cu,Zn)5(CO3)2(OH)6物相的生成,使催化剂前驱体中绿铜锌矿含量增加,焙烧后的催化剂铜锌协同作用增强,CuO分散度提高,CuO晶粒平均直径只有4.18nm,同时还原温度显著降低为150℃,CO吸附能力增强,结果显著提高了浆态床合成甲醇催化活性和稳定性。与CuO/ZnO/Al2O3三元催化剂相比,80℃沉淀制备的含4%Zr的CuO/ZnO/Al2O3/ZrO2四元催化剂的甲醇时空收率提高了8.67%,失活率降低了65.12%。     

表面活性剂模板法制备CeO_2/CuO催化剂用于富氢气氛中CO优先氧化

采用表面活性剂模板法合成了一组不同配比的CeO2/CuO催化剂,使用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线粉末衍射(XRD)、N2吸附脱附和程序升温还原(H2-TPR)等测试手段对催化剂进行了表征,并对其在富氢气氛中CO优先氧化的催化性能进行了研究。结果表明,立方相萤石结构的氧化铈颗粒粒径在4 nm左右,它们聚集成小簇后分散在块状氧化铜的表面;从粒径分布来看所制备的催化剂是逆负载型催化剂。催化性能测试结果显示,CeO2/CuO催化剂中有两种类型吸附位的存在,即由CuO提供的化学吸附位和由氧化铈提供的氧空位,而界面处两种类型吸附位的共存促进了CO的优先氧化。     

氧化铈稳定的CuO簇在CO,C_3H_6和NO消除中的催化性能(英文)

研究了CuO与γ-Al2O3和CeO2的相互作用,并由此制备出能有效脱除CO,C3H6和NO的催化剂,考察了不同载体表面CuO簇的分散稳定性和耐老化性能.结果发现,随CuO负载量的增加,CuO簇因与CeO2载体的强相互作用而稳定存在;而在γ-Al2O3表面,CuO簇易聚集成较大的颗粒.另一方面,由于CeO2本身较差的热稳定性,表面分散的CuO在950oC高温处理后烧结.因此,基于γ-Al2O3载体优越的耐老化性能,在γ-Al2O3载体分散CeO2,然后再担载CuO,从而得到了稳定的CuO簇,所得催化剂比CuO/γ-A12O3和CuO/CeO2具有更好的催化性能和抗热老化性能.     

La2O3对CuO/CeO2水煤气变换反应催化剂微观结构及催化性能的影响（英文）

以La2O3为助剂,采用共沉淀法制备了具有良好催化活性和热稳定性的CuO/CeO2-La2O3水煤气变换反应催化剂,其中,当La2O3含量为2wt%时,催化剂的催化性能最为优异.同时运用X射线衍射、N2吸附-脱附、Raman光谱、程序升温还原等手段,研究了不同含量的La2O3对CuO/CeO2催化剂微观结构及催化性能的影响.结果表明,La2O3助剂进入了载体CeO2的晶格并对CuO/CeO2催化剂的微观结构和催化性能产生了直接影响,适量La2O3的添加可以抑制CuO和CeO2晶格的长大、增强CuO与CeO2间的相互作用、提高催化剂的比表面积、促进CeO2载体中生成更多的氧空位,CuO/CeO2催化剂的催化活性和热稳定性也明显改善.     

不同方法制备的CeO2载体对CuO/CeO2催化剂水煤气变换活性和稳定性的影响

分别采用沉淀法(A), 水热法(B)和柠檬酸溶胶-凝胶法(C)制备了三种CeO2材料, 并以其为载体采用沉积-沉淀法制备了CuO/CeO2催化剂. 运用N2物理吸附、粉末X射线衍射(PXRD)、原位粉末X射线衍射(in situ PXRD)、氢气-程序升温还原(H2-TPR)和循环伏安法(CV)等技术对其进行了表征, 考察了不同方法制备的CeO2载体对CuO/CeO2水煤气变换(WGS)催化剂的结构、氧化-还原性能、催化活性和稳定性的影响. 结果表明, 它们的催化活性和稳定性顺序都是CuO/CeO2-A>CuO/CeO2-B>CuO/CeO2-C. 联系表征结果, CuO/CeO2催化剂的活性与催化剂中CuO的颗粒度、CuO的微观应力和中等大小且与二氧化铈相互作用的CuO的数量等有关, 而这些因素很大程度上受CeO2载体本身的热稳定性的影响. 根据CV中扫描次数的增加, Cu2+←→Cu0氧化还原峰面积减小, 推断CuO/CeO2催化剂在一定条件下氧化还原是不可逆的, 这可能是其在反应气氛下经受温度循环之后活性降低的原因.     

CuO/TiO2/γ-Al2O3催化剂表征及对NO＋CO反应性能研究

采用色谱-微反流动法反应装置考察了w%CuO/15%TiO2/γ-Al2O3催化剂对NO＋CO的反应活性;催化剂经空气氛或氢气氛预处理后,NO转化率达100%的反应温度分别是325和275℃;XRD仅能检测到γ-Al2O3晶相,负载15%CuO后可以检测到微弱的CuO晶相;H2-TPR能检测到2个CuO的还原峰（α和β峰）,将其归属于高度分散的CuO分别在裸露的γ-Al2O3和TiO2/γ-Al2O3载体上的还原;原位红外分析结果表明催化剂经空气氛或氢气氛预处理后,吸附NO＋CO反应气后,反应的中间产物N2O出现的温度分别为200和150℃。     

不同CuO/CeO2催化剂上CO低温氧化反应

 分别用热解硝酸铈法和浸渍法制备了不同物性的CeO2粉体和相应的CuO/CeO2催化剂,并用XRD, HRTEM和TPR等对样品进行了表征,利用微反-色谱装置考察了其催化CO低温氧化的活性. 结果表明,热解温度影响CeO2的物性(形貌、粒度大小及分布等). 相同条件下,不同物性的CeO2载体上CuO的负载情况不同, 500 ℃热解获得的CeO2载体上非晶态CuO负载量最高,相应的CuO/CeO2催化剂活性也较高. 非晶态CuO一部分进入CeO2晶格,另一部分高度分散于CeO2表面上. 焙烧温度较低时(≤ 600 ℃), 催化剂活性受焙烧温度的影响较小,而高温(800 ℃)焙烧后,催化剂则因载体粒度增大和CuO烧结团聚等因素导致催化活性明显降低.     

(Ag/Al2O3+Cu/Ce(x)/Al2O3)组合催化剂催化乙醇选择性还原NOx及其副产物的消除

制备了Cu/Ce(x)/Al2O3(x为Ce与Al的摩尔比)系列氧化催化剂,并考察了(Ag/Al2O3 Cu/Ce(x)/Al2O3)组合体系催化乙醇还原NOx以及氧化去除反应副产物(CO和未完全燃烧的碳氢化合物)的活性.在200～350℃温度区间,组合催化剂具有与Ag/Al2O3相似的NOx去除效率.随着Ce/Al比增加,氧化催化剂去除CO的活性逐渐提高.Cu/CeO2催化剂具有最好的氧化活性,但其对NOx的去除有较大影响.综合考虑NOx转化率以及CO和HC的去除效果,(Ag/Al2O3 Cu/Ce(0·15)/Al2O3)是最佳的催化剂组合体系.通过对此系列氧化催化剂的BET比表面积、XRD、H2-TPR以及XPS等表征结果的分析,发现Cu和Ce之间的相互作用是催化剂氧化CO能力提高的主要原因.     

Ni/CeO_2-SiO_2催化剂的制备、表征及其甲烷部分氧化制合成气性能（英文）

以硝酸亚铈(Ce(NO3)3·6H2O)和正硅酸四乙酯(C8H20O4Si)为前驱体,采用溶胶-凝胶法合成了系列具有大比表面积的xCeO2-(1.x)SiO2(x=0,0.25,0.50,0.75,1)复合氧化物载体,然后浸渍活性组分Ni制得用于甲烷部分氧化制合成气的Ni催化剂.运用N2物理吸附-脱附、X射线粉末衍射、扫描电镜、紫外-可见漫反射光谱、氢程序升温还原、氨程序升温脱附和热重等手段对所得催化剂的组织结构、还原性、表面酸性和积炭行为等进行了表征;同时考察了催化剂的组成、焙烧温度和反应时间等对催化剂在甲烷部分氧化制合成气中催化性能的影响.表征结果表明,该系列Ni/CeO2-SiO2催化剂具有大比表面积,CeO2晶粒较小,NiO的分散性好且易被还原,表面酸性弱,不容易积炭.当Ce/Si摩尔比为1:1,活性组分Ni的质量分数为10%,焙烧温度为700°C时,所制备的Ni/CeO2-SiO2催化剂表现出较好的稳定性、最高的CH4转化率(~84%)和对产物CO及H2的选择性(87%).