Cu-Zn-Zr/SBA-15介孔催化剂的制备及CO2加氢合成甲醇的催化性能

以具有骨架结构的SBA-15介孔分子筛为载体,采用浸渍法合成了具有高比表面积、不同金属氧化物含量的Cu-Zn-Zr介孔催化剂CZZx/SBA-15(x=0.3,0.4,0.5,0.6).采用N2吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、CO2吸附(CO2-TPD)和透射电子显微镜(TEM)等手段对样品进行了表征.在固定床反应器上评价了其CO2加氢合成甲醇的催化性能.实验结果表明,CZZx/SBA-15催化剂具有介孔结构,负载的Cu O,Zn O和Zr O2能够很好地分散在表面,并且负载氧化物晶粒尺寸不同.催化剂的铜比表面积SCu与甲醇催化活性呈近似线性关系,其中CZZ0.4/SBA-15催化剂表现出最大甲醇选择性(54.32%),与CZZ相比,甲醇选择性增加24.85%.随着金属氧化物负载量的增大,催化剂比表面积和SCu明显减小,甲醇选择性与收率也相应减小,负载型CZZx/SBA-15催化剂表面结构对CO2加氢合成甲醇反应活性起关键作用.     

CuCl/SiO2-TiO2 催化剂的结构及其催化甲醇氧化羰基化反应性能

 在微波辐射条件下, 将 CuCl 快速分散到载体表面制得 CuCl/SiO2-TiO2 催化剂, 利用 X 射线衍射、透射电镜、N2 吸附-脱附、热重、H2 程序升温还原和 CO 程序升温脱附对催化剂进行了表征. 结果表明, 微波辐射制备的催化剂中 CuCl 和载体发生了强相互作用, 比传统加热制备的催化剂中形成更多的易还原铜物种, 吸附 CO 的能力更强. 在甲醇液相氧化羰基化反应中, 微波辐射制备的催化剂上甲醇转化率为 11.7%, 碳酸二甲酯选择性达 96.5%, 高于相同条件下传统加热制备催化剂的活性.     

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。     

CaO对Cu-ZnO-ZrO_2催化CO_2加H_2合成甲醇性能影响

用CaO作为改性助剂,采用并流共沉淀法制备了CuO∶ZnO∶ZrO_2为5∶4∶1(物质的量比),CaO添加量为0、1%、2%、4%、8%、16%(摩尔分数)的六组催化剂。用X射线衍射(XRD)、微商热重(TG-DTG)、傅里叶红外(FT-IR)、N2吸附脱附(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)、CO_2程序升温脱附(CO_2-TPD)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)对催化剂进行了表征。用自制固定床评价了催化剂活性。结果表明,添加CaO后,催化剂路易斯酸性和表面碱性增强;催化剂母体中高温碳酸盐含量增加,热稳定性增强,CuO颗粒粒径变小,Cu-Zn协同作用增强,Cu比表面积增大,分散性变好。催化剂活性受到表面酸碱性、铜比表面积、Cu-Zn协同作用和铜分散性共同影响。当CaO为2%时,铜比表面积为79.3 m2/g、铜分散度为34.8%、CO_2转化率为24.55%、甲醇选择性为19.01%、甲醇收率为0.044 g/(gcat·h),催化剂活性最好。过量CaO占据催化剂孔道和覆盖表面活性位,使催化剂路易斯酸性和表面碱性过强,CuO与H_2有效接触减少,CO_2难以脱附,催化活性下降。因此,适量CaO(2%)添加可促进CO_2加氢反应合成甲醇。     

氧化铝担载的贵金属铱基催化剂的制备及其对甲醇裂解反应的催化性能

 以ZrO2, La2O3或MgO为助剂制备了氧化铝担载型铱基催化剂,考察了其对甲醇裂解反应的催化性能,并用X射线光电子能谱、程序升温还原、 H2程序升温脱附和CO程序升温脱附等技术对催化剂进行了表征. 结果表明, ZrO2, La2O3和MgO助剂的引入均能提高主产物氢气和CO的选择性. ZrO2是甲醇裂解反应的优良助剂,可以显著提高甲醇的转化率和氢气的收率. 氧化铝担载型贵金属铱基催化剂上存在强的氢溢流现象,这使催化剂具有良好的反应性能,同时有利于产物的脱附,氧化物助剂的加入能够进一步促进氢的溢流.     

CO/H_2在Cu/ZrO_2催化剂表面吸附行为原位红外表征

用原位FT IR法比较了Cu ZrO2 和ZrO2 催化剂表面对CO及CO H2 的吸附行为。结果表明 ,CO在 5 0℃便可以在Cu ZrO2 表面形成b HCOO Zr、Zr COO- 和b HOCOOZr物种 ,吸附温度升高 ,b HOCOOZr逐渐分解生成Zr OH和CO2 ,而b HCOO Zr吸附物种逐渐增强。b HCOO Zr物种在Cu ZrO2 催化剂表面生成速率远远大于ZrO2 催化剂。在Cu ZrO2 催化剂表面 ,所形成的合成甲醇中间物种 (HCOO Zr和CH3O Zr)均和ZrO2 有关 ,意味着CO加氢反应主要在ZrO2 表面进行 ,铜组分主要向ZrO2 提供吸附CO及H2 物种。     

H型镁碱沸石负载对Cu-ZnO-Al2O3催化剂上CO加氢生成烃类的影响

采用三种不同方法制备了Cu-Zn-Al基甲醇催化剂,然后在水相悬浮液中与H型镁碱沸石混合分散,以制得负载型甲醇催化剂.运用X射线衍射、N2吸附-脱附、透射电镜、程序升温还原、NH3程序升温脱附、H2程序升温脱附和X射线光电子能谱对催化剂进行了表征.考察了催化剂催化CO加氢反应生成二甲醚和烃类的性能.该催化剂是在低和高过饱和度条件下采用共沉淀法和均匀沉淀法制得的.制备方法对前驱体的结构特性(如纯度、结晶度和催化剂颗粒粒径分布)有显著影响.低过饱和度的沉淀条件有利于Cu物种的高度分散,增加了催化剂中金属的比表面积,所得催化剂粒径分布均匀.这些效应进而会影响分子筛的性质,导致其微孔孔体积较小,分子筛酸性位被堵塞.通过Cu比表面积和CO转化速率之间的关联可考察甲醇催化剂的性能.     

不同MgO担体对Ba-Ru/MgO氨合成催化剂物化性质和反应性能的影响

采用不同沉淀剂制备了MgO材料,以其为载体制备了Ba-Ru/MgO氨合成催化剂,考察了沉淀剂种类和BaO助剂对其氨合成性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、X射线荧光光谱(XRF)、透射电镜(TEM)、H2程序升温还原(H2-TPR)、CO2程序升温脱附(CO2-TPD)、H2程序升温脱附(H2-TPD)和N2程序升温脱附(N2-TPD)表征手段,对不同沉淀剂影响Ba-Ru/MgO催化剂氨合成性能的原因进行了探索.结果表明:采用(NH4)2CO3作沉淀剂制备的Ba-Ru/MgO催化剂表面Ru物种易于在低温下还原,催化剂表面在低温区具有较多数量的弱碱性吸附位,在450℃、5.0 MPa和5 000 h-1条件下,由(NH4)2CO3做沉淀剂制备的Ba-Ru/MgO催化剂活性最高,出口氨浓度为3.74%.BaO助剂的加入大大减少了Ba-Ru/MgO催化剂表面吸附氢的数量,增大表面脱附氮的数量,从而易于N2解离吸附,提高氨合成反应速率.     

浆态床合成甲醇CuO/ZnO/Al2O3催化剂的表面性质

采用并流共沉淀法制备了不同Cu/Zn摩尔比的CuO/ZnO/Al2O3催化剂,考察了其浆态床CO加氢合成甲醇的催化性能.通过N2吸附-脱附、X射线衍射、程序升温还原及X射线光电子能谱等方法对催化剂表面性质进行了表征.结果表明,催化剂具有体相和表面高分散两种不同还原性质的CuO,表面CuO的含量及其与ZnO的相互作用使催化剂活性增大.当催化剂中Cu/Zn≤1时,随着铜含量的增加,表面高分散的CuO量增加,CuO和ZnO之间相互作用增强,催化剂的活性也随之增大;当催化剂Cu/Zn>1时,增加的铜量主要体现为体相CuO含量的增加,且ZnO结晶度提高,CuO和ZnO之间的相互作用减弱,催化剂的活性随铜含量增大而减小.     

Ce助剂对V/SiO_2催化CO_2氧化乙苯脱氢性能的影响

通过N2吸附、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、H2程序升温还原(H2-TPR)、CO2程序升温脱附(CO2-TPD)和热重分析(TGA)等多种表征手段和催化反应性能评价,研究了铈助剂的添加对V/SiO2催化CO2氧化乙苯脱氢性能的影响.结果表明,Ce助剂不仅提高了催化剂活性组分分散性和氧化还原性能,抑制了钒物种的深度还原,而且增强了催化剂碱性和CO2吸附能力,减缓了积炭生成,从而显著提高了V-Ce/SiO2对CO2氧化乙苯脱氢反应的催化活性和稳定性.在本实验中,V(0.8)-Ce(0.25)/SiO2催化剂表现出最佳的催化性能,苯乙烯(ST)收率可达55.6%,选择性为98.5%,反应12 h后,催化剂活性基本不变,与惰性N2气氛比较,CO2明显促进了乙苯脱氢反应,归因于CO2能保持催化剂表面钒物种的高价态.     

Cu对K-LaZrO2异丁醇合成催化剂的影响

采用X射线衍射(XRD)、程序升温脱附(TPD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术及富集法考察了K-LaZrO₂和K-CuLaZrO₂催化剂结构、CO和H₂在锆基催化剂上的吸附行为及异丁醇合成活性的影响. 结果表明, 催化剂添加Cu后, 与Zr形成较好的固溶体, 促进了CuO的分散, 且抑制了ZrO₂结晶, 增强Cu-Zr相互作用, 提高了催化活性. CO-TPD结果显示, 引入Cu后, 催化剂表面CO吸附量明显增加, 有利于碳链增长; H₂-TPD结果显示, 与活性相关的低温脱附氢量也明显增加. 另外, FTIR及富集法结果发现, Cu的引入促进了表面C₁物种的形成, 增加了表面C₁物种含量, 促进了碳链增长, 明显改善了异丁醇的选择性. 在p=10.0 MPa, 空速(GHSV)=3000 h^-1, T=360℃, V(H₂)/V(CO)=1:1条件下,异丁醇选择性达到48.5%.     

Reducibility of Mo species in Pt/MoO3 and PtMo/Al2O3 catalysis

Recucibility of Mo species in Pt/MoO₃ and PtMo/Al₂O₃ has been investigated by temperature-programmed reduction (TPR), temperature-programmed desorption of hydrogen (H₂-TPD) and temperature programmed electronic conductivity (TPEC) techniques. In Pt/MoO₃ at H₂ atmosphere, it was found by TPEC and TPR that, a slight amount of Pt could activate the transfer of the species and H atoms between H₂ and MoO₃, and thus accelerate the reduction of MoO₃. In PtMo/Al₂O₃, TPR and H₂-TPD revealed that the reduction of surface Mo species could also be facilitated by Pt. Two kinds of hydrogen molybdenum species were proposed on the surface of the catalyst after prereduction.     

以类水滑石为前驱体的Cu/Zn/Al/(Zr)/(Y)催化剂制备及其催化CO_2加氢合成甲醇的性能

采用共沉淀法合成了Cu:Zn:Al:Zr:Y原子比分别为2:1:1:0:0、2:1:0.8:0.2:0、2:1:0.8:0:0.2和2:1:0.8:0.1:0.1的Cu/Zn/Al/(Zr)/(Y)类水滑石化合物.将前驱体材料在空气中500°C焙烧后得到复合金属氧化物,并将其用于CO2加氢合成甲醇反应.采用X射线衍射(XRD)、热重(TG)分析、N2吸附、氧化亚氮(N2O)反应吸附、氢气程序升温还原(H2-TPR)和H2/CO2程序升温脱附(H2/CO2-TPD)技术对所制备的样品进行表征.结果表明,Zr和Y的引入使得催化剂BET比表面积大幅增加,金属铜的比表面积和分散度均按以下顺序依次增加:Cu/Zn/AlCu/Zn/Al/ZrCu/Zn/Al/YCu/Zn/Al/Zr/Y,然而,强碱位数目占总碱位数目的比例的变化顺序为:Cu/Zn/AlCu/Zn/Al/YCu/Zn/Al/Zr/YCu/Zn/Al/Zr.活性评价结果揭示CO2转化率取决于金属铜的比表面积,甲醇选择性则随强碱位比例的增加而线性增加.因而,Zr和Y的引入有利于甲醇的合成,Cu/Zn/Al/Zr/Y催化剂上的甲醇收率最高.     

ZrO4/SiO2-Al2O3催化肉桂醛MPV转移加氢性能

以九水合硝酸铝（Al（NO₃）₃·9H₂O）与正硅酸乙酯（TEOS）为前驱盐,采用溶胶-凝胶法制备一系列不同Al₂O₃含量的SiO₂-Al₂O₃复合氧化物,并通过浸渍硝酸氧锆引入ZrO₂,制备ZrO₂/SiO₂-Al₂O₃复合氧化物催化剂,考察催化剂在肉桂醛（CAL）MPV转移加氢中的催化性能,并结合N₂物理吸附、X射线粉末衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、NH₃-程度升温脱附（NH₃-TPD）、Py-原位红外（Py-IR）等技术,研究催化剂结构、织构以及表面性质与其催化性能间的构效关系.研究表明,所制备的催化剂均以L酸为主,并含有少量B酸中心,这使得加氢产物以肉桂醇（COL）为主,并含有少量1-苯丙烯-2-丙基醚（CPE）.Al₂O₃含量不仅影响催化剂表面的酸中心数量,而且对催化剂的织构参数有较大影响.随Al₂O₃含量的增加,催化剂表面L酸与B酸中心均有所增加,而孔径则持续变小,这使得催化反应呈现CAL转化率先增加后减少、目标产物COL选择性先稍有减小后有所增加的趋势.在Si/Al比为2时,催化剂具有最优的催化性能,优化反应条件下,CAL转化率达96%,目标产物COL选择性达90%.     

表面助剂改性对Cu/ZnO/Al2O3甲醇合成催化剂性能的影响

采用共沉淀-后浸渍方法制备了表面助剂改性的Cu/ZnO/Al₂O₃ (CZA)甲醇合成催化剂, 在固定床反应器上以合成气为原料分别考察了三种助剂(Zr、Ba和Mn)对CZA催化剂性能的影响; 以Zr为助剂时反应温度的影响; 并进行了催化稳定性试验. 利用粉末X射线衍射(XRD)、低温氮气吸脱附(N₂-sorption)、氧化亚氮(N₂O)反应吸附技术、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温吸脱附(H₂-TPD)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)技术对催化剂进行了表征.结果显示: 以Zr或Ba作为助剂能够明显提高CZA催化剂耐热前后的甲醇时空收率(STY); Mn的引入降低了CZA催化剂的耐热前活性; Zr的引入降低了CZA催化剂最高活性温度点, 增强了CZA催化剂的催化稳定性; 还原态CZA催化剂表面Cu⁰和ZnO都能吸附活化氢气, Cu⁰与ZnO的强相互作用有利于提高催化剂的性能, 耐热后催化剂性能的降低归因于Cu晶粒的长大. 在实验和表征结果基础上,提出了CZA催化剂上合成气制甲醇的“双向同步催化反应历程”.     

Al含量对Pt-SO2-4 /ZrO2-Al2O3固体超强酸催化

通过向SO^2-₄ /ZrO₂催化剂中同时引入适量的Pt和Al₂O₃, 制备出了具有较高催化性能和稳定性的Pt-SO^2-₄ /ZrO₂-Al₂O₃型固体超强酸催化剂. 以正戊烷异构化反应为探针, 考察了Al含量对催化剂性能的影响; 并采用X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、红外(IR)光谱、程序升温还原(TPR)、热重-差热分析(TG-DTA)和氨-程序升温脱附(NH₃-TPD)手段对催化剂进行了表征. 结果表明, Al能够提高ZrO₂的晶化温度, 抑制硫的分解, 增加催化剂的比表面积, 增强硫氧键的结合, 提高催化剂的还原性能, 增加催化剂的酸强度和酸总量. 当Al₂O₃含量(质量分数, w)为5.0%时, Pt-SO^2-₄ /ZrO₂-Al₂O₃固体超强酸催化剂的催化活性最好, 在100 h内异戊烷收率可稳定在52.0%以上, 选择性在98.2%以上.     

Preparation of ZrO2-TiO2-CeO2 and Its Application in the Selective Catalytic Reduction of NO with NH3

TiO₂,ZrO₂-TiO₂,andZrO₂-TiO₂-CeO₂ were prepared by co-precipitation method and characterized by X-ray diffraction (XRD), specific surface area measurements (BET), temperature programmed desorption (NH₃-TPD), oxygen storage capacity (OSC), and temperature programmed reduction (H₂-TPR). The results showed that ZrO₂-TiO₂-CeO₂ exhibited large number of surface strong acid, possessed some oxygen storage capacity, and strong redox property. The three materials were used as supports and the monolith catalysts were prepared with 1% (w) V₂O₅ and 9% (w)WO₃ for selective catalytic reduction (SCR) of NO with ammonia in the presence of excessive O₂, and the results of catalytic activity showed that the catalyst used ZrO₂-TiO₂-CeO₂ as support yielded nearly 100% NO conversion at 275 °C at a gas hourly space velocity (GHSV) of 10000 h⁻¹, and it had the best catalytic activity and showed great potential for practical application.     

Co或Ni促进的Cu/SiO2-Al2O3催化剂上丙三醇和苯胺气相合成3-甲基吲哚

对丙三醇和苯胺在Co或Ni促进的Cu/SiO2-Al2O3催化剂上气相合成3-甲基吲哚进行了研究.采用N2吸附、氢气程序升温还原(H2-TPR)、电感耦合等离子体(ICP)发射光谱、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、氨程序升温脱附(NH3-TPD)及热重(TG)分析等技术对催化剂进行了表征.结果表明,向Cu/SiO2-Al2O3催化剂加入钴或镍助剂改善了催化剂的催化性能,钴比镍更加有效.在催化剂Cu-Co/SiO2-Al2O3和Cu-Ni/SiO2-Al2O3上,反应第3 h,3-甲基吲哚收率分别达到47%和45%,而且催化剂经过6次再生收率仍能达到44%和42%.各种表征表明,向Cu/SiO2-Al2O3催化剂加入钴或镍助剂能增强铜和载体之间的相互作用,其结果不仅促进了铜粒子在载体表面的分散度,而且有效减少了反应过程中铜组分的流失.另外,加入钴或镍助剂还能减少催化剂的中强酸中心数,从而提高3-甲基吲哚的选择性,并且抑制积炭的形成.此外,钴助剂还能增加催化剂的弱酸中心数,促进3-甲基吲哚的生成.提出了金属铜与弱酸中心共同促进3-甲基吲哚合成的催化反应机理.     

A study on methanol steam reforming to CO2 and H2 over the La2CuO4 nanofiber catalyst

The La₂CuO₄ crystal nanofibers were prepared by using single-walled carbon nanotubes as templates under mild hydrothermal conditions. The steam reforming of methanol (SRM) to CO₂ and H₂ over such nanofiber catalysts was studied. At the low temperature of 150 °C and steam/methanol=1.3, methanol was completely (100%, 13.8 g/h g catalyst) converted to hydrogen and CO₂ without the generation of CO. Within the 60 h catalyst lifespan test, methanol conversion was maintained at 98.6% (13.6 g/h g catalyst) and with 100% CO₂ selectivity. In the meantime, for distinguishing the advantage of nanoscale catalyst, the La₂CuO₄ bulk powder was prepared and tested for the SRM reaction for comparison. Compared with the La₂CuO₄ nanofiber, the bulk powder La₂CuO₄ showed worse catalytic activity for the SRM reaction. The 100% conversion of methanol was achieved at the temperature of 400 °C, with the products being H₂ and CO₂ together with CO. The catalytic activity in terms of methanol conversion dropped to 88.7% (12.2 g/h g catalyst) in 60 h. The reduction temperature for nanofiber La₂CuO₄ was much lower than that for the La₂CuO₄ bulk powder. The nanofibers were of higher specific surface area (105.0 m²/g), metal copper area and copper dispersion. The in situ FTIR and EPR experiments were employed to study the catalysts and catalytic process. In the nanofiber catalyst, there were oxygen vacancies. H₂-reduction resulted in the generation of trapped electrons [e] on the vacancy sites. Over the nanofiber catalyst, the intermediate H₂CO/HCO was stable and was reformed to CO₂ and H₂ by steam rather than being decomposed directly to CO and H₂. Over the bulk counterpart, apart from the direct decomposition of H₂CO/HCO to CO and H₂, the intermediate H₂COO might go through two decomposition ways: H₂COO=CO+H₂O and H₂COO=CO₂+H₂.     

负载型CuO/TiO2催化剂催化CO2加氢制甲醇

采用浸渍法制备了CuO/TiO₂负载型催化剂,并将其用于CO₂加氢制甲醇反应。重点考察了铜的负载量对催化剂性能的影响,并对其物化性能和催化性能之间的关系进行了讨论。结果发现,随着铜负载量的增加,催化剂中金属铜的比表面先增加后减小,当铜的负载量为10%（质量百分数）时达到最大值。催化剂的表面碱性位数量随铜含量的增加持续减小,中等碱位和强碱位的强度下降。当铜的负载量不高于10%时,CO₂的转化率与铜的比表面积呈线性关系。甲醇选择性与催化剂的表面碱位性质有关,过强的碱性位会降低甲醇选择性。