助剂对Ni基催化剂结构及甲烷化性能的影响

本文采用等体积浸渍制备了掺杂不同金属助剂改性的Ni基催化剂,考察了其催化浆态床CO甲烷化的性能。通过XRD、H2-TPR、HR-TEM等表征对催化剂进行了分析,结果表明,掺杂Zr、Co、Ce、Zn、La助剂促进了Ni物种在载体表面的分散,减小了Ni的晶粒尺寸,降低了催化剂的还原温度;掺杂Mg助剂则导致催化剂的还原温度升高。浆态床活性评价结果表明,掺杂Zr、Co、Ce、Zn、La助剂提高了催化剂的甲烷化性能,其中以La助剂的效果最明显,通过对La负载量进一步优化后发现,当La负载量为8%时,催化剂的甲烷化催化性能最优,CO转化率、CH4选择性和时空收率分别达到96.3%、87.1%和179.6 g·kg-1·h-1;掺杂Mg助剂则降低了催化剂的甲烷化活性。     

助剂对Ni/SiO2催化剂微观结构及二硝基甲苯催化加氢性能的影响

采用等体积浸渍法制备了负载型Ni/SiO₂催化剂,研究了Ce、Zr、La、Co和Fe助剂对催化剂微观结构及其催化二硝基甲苯（DNT,C₆H₃CH₃（NO₂）₂）加氢制备甲苯二胺（TDA,C₆H₃CH₃（NH₂）₂）性能的影响。通过XRD,BET,H₂-TPD、H₂-TPR和XPS技术对催化剂进行了表征。结果表明,助剂的引入促进了Ni物种在载体表面的分散,减小了Ni晶粒的尺寸,使得NiO晶粒更易还原。添加La、Fe和Zr助剂增加了有效的Ni活性中心数,有利于催化活性的提高,其中,添加La助剂制备的催化剂催化性能最优,DNT转化率和TDA选择性分别为98.1%和99.1%。但Co和Ce助剂的加入降低了化学氢吸附量,使得有效的Ni活性中心数降低,降低了催化剂的催化活性。     

溶液燃烧法制备的Ni基催化剂及其浆态床甲烷化催化性能

分别以硝酸铝、硝酸氧锆、硝酸镧和硝酸铈为载体前驱体,与硝酸镍和尿素配制水溶液,采用溶液燃烧法制备了Ni-Al₂O₃、Ni-ZrO₂、Ni-La₂O₃和Ni-CeO₂催化剂,研究了浆态床CO甲烷化催化性能,并进行了低温N₂吸附-脱附、XRD、SEM、TEM、H₂-TPR和H2化学吸附等表征分析.结果表明,以硝酸铝为前驱体制备Ni-Al₂O₃催化剂时燃烧火焰稳定且持续时间长,达23 s,样品比表面积(468 m²·g^-1)和金属Ni表面积(10 m²·g^-1)均较大、Ni粒径小(3~5 nm)且分散度高,CO甲烷化催化活性和稳定性好,CO转化率和CH₄选择性分别达到94%和95%,在100 h的甲烷化反应中未出现明显失活;以硝酸氧锆和硝酸镧为前驱体制备样品时未出现明显的燃烧火焰,持续时间仅为12 s和5 s,催化剂比表面积、金属表面积及催化活性均较低;以硝酸铈为前驱体制备样品时燃烧过程迅速而剧烈,样品比表面积(22 m²·g^-1)和金属Ni表面积(5 m²·g^-1)小、Ni粒径大且分散性差,甲烷化催化性能最差,CO转化率仅为41%,CH₄选择性仅为89%.     

La促进水滑石衍生镍基催化剂的原位制备及其CO2甲烷化性能

采用原位生长法制备水滑石衍生Ni-La/Al₂O₃催化剂，并用于CO₂甲烷化反应，以研究La掺杂量对所得催化剂形貌结构及催化性能的影响。利用电感耦合等离子体发射光谱、X射线衍射、氢气程序升温还原、低温氮气吸附-脱附测试、扫描电镜和透射电镜对催化剂的形貌结构进行分析。结果表明，适宜的La掺杂量能够提高活性金属Ni在载体中的分散性，减弱Ni与载体的相互作用，并且改善催化剂的孔隙结构，提高催化剂的比表面积。CO₂甲烷化性能表明，当Ni负载量(质量分数)为30%、La掺杂量(质量分数)为10%时，催化剂30Ni-10La/Al₂O₃具有较优的催化性能； 350℃时其CO₂转化率及CH₄产率分别达到91.9%和91.5%，并且连续测试60 h后催化性能基本保持不变。     

Mn / Ce / La / Al2O3催化剂中锰物种的精细结构研究

采用浸渍法制备了La、Ce助剂改性的γ-Al₂O₃负载锰氧化物催化剂，运用XANES、EXAFS、XRD、XPS和H₂-TPR等方法对催化剂的结构进行了表征，探讨了助剂对于催化剂中高分散Mn物种的精细结构、分散状态和存在形式的影响，并与样品的CO氧化活性相关联。XANES和EXAFS结果表明，500 ℃焙烧的样品中Mn物种主要以超细Mn₂O₃微晶形式存在，该物种由于高度分散使其配位对称性显著降低，无长程有序结构。TPR结果表明，样品中存在3种不同分散状态的表面Mn物种，即较难还原的Mn³⁺-O-Al³⁺相互作用物种，尺寸相对较大的三维分散的Mn₂O₃微晶，以及二维高度分散的Mn物种，后者是CO氧化反应的主要活性相。虽然Ce的加入使Mn物种的分散度有所降低，但Ce与Mn物种间的相互作用弱化了Mn-O键，加速了反应过程中活性氧物种的传递，提高了氧化还原循环的效率。同时，La的加入进一步促进了Ce物种在载体表面的分散，加强了Ce物种与Mn物种间的相互作用及催化协同性。     

Ce含量对Ni-Ce/Al_2O_3催化剂结构及浆态床CO甲烷化性能的影响

以γ-Al2O3为载体,采用等体积浸渍法制备了不同Ce含量的Ni-Ce/Al2O3催化剂,并考察了其浆态床CO甲烷化反应性能。借助XRD、BET、H2-TPR及CO-TPD等对催化剂进行了表征分析,研究了催化剂的微观结构与甲烷化性能之间的关系。结果表明,助剂Ce的引入能够加强Ni物种与载体之间的相互作用、增强活性组分Ni对CO的吸附能力。随着Ce含量的升高,Ni物种在载体表面的分散度提高、Ni晶粒粒径减小,催化剂的比表面积及与载体相互作用较强的β-NiO相对含量先升后降。催化剂的浆态床甲烷化活性随Ce含量的升高呈现规律性的变化,CO转化率和CH4时空收率先增加后略有下降,当Ce含量为4%(质量分数)时,催化剂甲烷化活性最佳。     

Ni2+在γ-Al2O3上的分散状态及负载型Ni/γ-Al2O3催化剂的α-蒎烯加氢活性

用X-射线衍射(XRD)、紫外-可见漫散射光谱(UV-Vis DRS)、程序升温还原(TPR)、CO化学吸附和微反测试等方法研究了Ni²⁺在γ-Al₂O₃上的分散状态和负载型Ni/γ-Al₂O₃催化剂的α-蒎烯加氢催化活性。结果表明，当Ni²⁺负载量远低于其在γ-Al₂O₃载体表面分散容量时，Ni²⁺优先嵌入载体表面四面体空位，随着Ni²⁺负载量的增加，嵌入载体表面八面体空位Ni²⁺的比例增大。由于八面体Ni²⁺易被还原为金属态Ni⁰，NiO/γ-Al₂O₃样品的还原度随Ni²⁺负载量的增加而大幅度地增加，经氢还原所得Ni/γ-Al₂O₃催化剂的CO吸附量和α-蒎烯加氢催化活性大幅度增加。对La₂O₃助剂的作用进行了研究，结果表明分散在γ-Al₂O₃上的La³⁺物种可阻止Ni²⁺嵌入γ-Al₂O₃表面四面体空位，增大了八面体Ni²⁺物种所占比例，提高了催化剂的还原度，故Ni-La₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂催化活性高于Ni/γ-Al₂O₃催化剂。     

Zr的添加对提高NH3选择性催化还原NOx整体式催化剂热稳定性的影响

采用共沉淀的方法制备了CeTiO_x和CeZrTiO_x两种用于NH₃选择性催化还原NO_x的催化剂.两种催化剂在不同的高温条件下进行热老化以考察Zr的添加对CeTiO_x催化剂热稳定性的影响.NH₃-SCR活性数据显示,经过650、750和850 ℃的高温老化处理,Zr改性后的催化剂较CeTiO_x催化剂具有更好的催化活性和N₂选择性.XRD、Raman和H₂-TPR结果表明添加Zr可以阻止Ce物种的烧结并且抑制金红石相TiO₂的生成.催化剂的SEM图像显示Zr的添加可以抑制颗粒随着焙烧温度升高而产生的聚集长大.XPS的Ce3d光谱表明,随着老化温度的提升,CeTiO_x催化剂表面的Ce³⁺/Ce⁴⁺比相对于CeZrTiO_x催化剂下降更加明显.这意味着随着Zr的添加,更多的晶格缺陷和氧空缺出现在Zr改性催化剂的表面,这有利于催化性能的提升.另外,NH₃-TPD结果表明经过相同的高温老化,改性的催化剂保持了更多的Brönsted酸性位,提高了催化活性并抑制了氨的氧化.因此,Zr的添加提高了催化剂的热稳定性能.     

Mg掺杂In2O3-x催化剂光热催化CO2加氢

为提高光热催化CO₂加氢催化剂In₂O₃的催化活性,采用均相水热法制备Mg(OH)₂-In(OH)₃前驱体,通过高温煅烧和H₂-还原处理得到了富含氧空位的Mg掺杂In₂O_3-x(Mg-In₂O_3-x)催化剂。在300℃、常压、可见光照射条件下,CO₂加氢转化为CO的CO₂转化率可达31.20%,CO产生速率为14.22 mmol·gcat^-1·h^-1,CO选择性为100%。相比于单一In₂O_3-x催化剂,Mg-In₂O_3-x催化剂光热催化CO₂转化率及CO产生速率明显提高,这归因于Mg成功掺杂到In₂O₃形晶格中,促进In₂O₃表面氧空位的形成,进而对可见光响应效率大幅提高,并有效减缓光生电子-空穴的复合。     

掺杂助剂Ce和Zr的Ni/Al2O3催化剂的X光电子能谱分析

以Na2CO3为沉淀剂,在pH 9.0的沉淀条件下,采用并流沉淀法制备了Ni/Al2O3、Ni/CeO2-Al2O3、Ni/ZrO2-Al2O3和Ni/ZrO2-CeO2-Al2O34种催化剂,催化剂中Ni负载量(质量分数)为10%。采用XPS表征手段及常压固定床反应器对催化剂进行活性评价,考察了助剂Ce和Zr及二者的协同作用对Ni基催化剂表面物种结合能的影响以及对甲烷自热重整制氢反应性能的影响。结果表明,助剂Ce和Zr的添加及二者的协同作用对Ni基催化剂表面各物种的结合能均有一定的影响,结合评价结果可知,Ce和Zr二者的协同作用对Ni基催化剂的催化性能提高最大。     

助剂对Ni/SiO_2催化剂微观结构及二硝基甲苯催化加氢性能的影响

采用等体积浸渍法制备了负载型Ni/SiO2催化剂,研究了Ce、Zr、La、Co和Fe助剂对催化剂微观结构及其催化二硝基甲苯(DNT,C6H3CH3(NO2)2)加氢制备甲苯二胺(TDA,C6H3CH3(NH2)2)性能的影响。通过XRD,BET,H2-TPD、H2-TPR和XPS技术对催化剂进行了表征。结果表明,助剂的引入促进了Ni物种在载体表面的分散,减小了Ni晶粒的尺寸,使得NiO晶粒更易还原。添加La、Fe和Zr助剂增加了有效的Ni活性中心数,有利于催化活性的提高,其中,添加La助剂制备的催化剂催化性能最优,DNT转化率和TDA选择性分别为98.1%和99.1%。但Co和Ce助剂的加入降低了化学氢吸附量,使得有效的Ni活性中心数降低,降低了催化剂的催化活性。     

溶液燃烧法制备的Ni基催化剂及其浆态床甲烷化催化性能

分别以硝酸铝、硝酸氧锆、硝酸镧和硝酸铈为载体前驱体,与硝酸镍和尿素配制水溶液,采用溶液燃烧法制备了Ni-Al2O3、Ni-Zr O2、Ni-La2O3和Ni-Ce O2催化剂,研究了浆态床CO甲烷化催化性能,并进行了低温N2吸附-脱附、XRD、SEM、TEM、H2-TPR和H2化学吸附等表征分析。结果表明,以硝酸铝为前驱体制备Ni-Al2O3催化剂时燃烧火焰稳定且持续时间长,达23 s,样品比表面积(468 m2·g-1)和金属Ni表面积(10 m2·g-1)均较大、Ni粒径小(3~5 nm)且分散度高,CO甲烷化催化活性和稳定性好,CO转化率和CH4选择性分别达到94%和95%,在100 h的甲烷化反应中未出现明显失活;以硝酸氧锆和硝酸镧为前驱体制备样品时未出现明显的燃烧火焰,持续时间仅为12 s和5 s,催化剂比表面积、金属表面积及催化活性均较低;以硝酸铈为前驱体制备样品时燃烧过程迅速而剧烈,样品比表面积(22 m2·g-1)和金属Ni表面积(5 m2·g-1)小、Ni粒径大且分散性差,甲烷化催化性能最差,CO转化率仅为41%,CH4选择性仅为89%。     

Metallosilicates as supports of Co catalysts for the synthesis of liquid hydrocarbons from CO and H2

The effect of the nature of the silicate support on the activity and selectivity of 10%. Co/M silicate catalysts (where M=Cu, Zn, Ce, Ti, Hf, La, Al, Zr, Co, Mg) in the synthesis of hydrocarbons from CO and H₂ has been established. Co and Zr catalysts have been shown to provide the highest catalytic efficiency. The yield of liquid hydrocarbons in their presence exceeds 120 g m^–3.Translated fromIzvestiya Akademii Nauk. Seriya Khimicheskaya, No. 3, pp. 480–482, March, 1993.     

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.     

Nanosized cobalt-based catalyst prepared by supercritical phase condition for Fischer-Tropsch synthesis

A series of nanosized Co/Zn/Mn/K composite catalysts for Fischer-Tropsch synthesis (FTS) were prepared by supercritical fluid drying (SCFD) method and common drying (CD) method. The nanosized cobalt-based catalysts were characterized by XRD, TEM and BET techniques. Their catalytic performances were tested in a slurry-bed reactor under FTS reaction conditions. The drying and crystallization were carried out simultaneously during SCFD, therefore, the catalysts prepared by SCFD method have ideal structure and show the FTS performance superior to the others prepared by CD method. The FTS activity and selectivity were improved via adding Zn, Mn and K promoters, and less CH₄ and CO₂ as well as higher yield of C₅₊ products were achieved. The optimal performance of a 92% CO conversion and a 65% C₅₊ product yield was obtained over a catalyst with the component of Co/Zn/Mn/K = 100/50/10/7. Furthermore, the catalytic performance was studied under the conditions of liquid-phase and supercritical phase slurry-bed, and C₅₊ product yield were 57.4% and 65.4%, respectively. In summary, better catalytic performance was obtained using the nanosized catalyst prepared by SCFD method under supercritical reaction conditions, resulting in higher conversion of CO, less CO₂ byproduct, and higher yield of C₅₊ products.     

Microwave-assisted extraction of rare earth elements from petroleum refining catalysts and ambient fine aerosols prior to inductively coupled plasma-mass spectrometry

A robust microwave-assisted acid digestion procedure followed by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) was developed to quantify rare earth elements (REEs) in fluidized-bed catalytic cracking (FCC) catalysts and atmospheric fine particulate matter (PM_2.5). High temperature (200 °C), high pressure (200 psig), acid digestion (HNO₃, HF and H₃BO₃) with 20 min dwell time effectively solubilized REEs from six fresh catalysts, a spent catalyst and PM_2.5. This method was also employed to measure 27 non-REEs including Na, Mg, Al, Si, K, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Zr, Mo, Cd, Cs, Ba, Pb and U. Complete extraction of several REEs (Y, La, Ce, Pr, Nd, Tb, Dy and Er) required HF indicating that they were closely associated with the aluminosilicate structure of the zeolite FCC catalysts. Internal standardization using ¹¹⁵In quantitatively corrected non-spectral interferences in the catalyst digestate matrix. Inter-laboratory comparison using ICP-optical emission spectroscopy (ICP-OES) and instrumental neutron activation analysis (INAA) demonstrated the applicability of the newly developed analytical method for accurate analysis of REEs in FCC catalysts. The method developed for FCC catalysts was also successfully implemented to measure trace to ultra-trace concentrations of La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Eu and Dy in ambient PM_2.5 in an industrial area of Houston, TX.