Effects of promoters on catalytic performance of Fe-Co/SiO2 catalyst for Fischer-Tropsch synthesis

2%Fe-10%Co/SiO₂ catalysts with different potassium or zirconium loadings were prepared by aqueous incipient wetness impregnation and tested for Fischer-Tropsch synthesis in a flow reactor, using H₂/CO = 1.6 (molar ratio) in the feed, under the condition of an overall pressure of 1 MPa, GHSV of 600 h⁻¹ and temperature of 503 K. The zirconium and potassium promoters remarkably influenced hydrocarbon distribution of the products. CO conversion increased on the catalysts with the increase of zirconium loadings, which indicated that zirconium enhanced the activity of iron-cobalt catalysts. Low potassium loadings also enhanced the activity of the catalysts. However, high potassium loading made CO conversion on the catalysts decrease and weakened the secondary hydrogenations. The catalyst was characterized by BET, XRD and TPR. The catalyst characterization revealed that the Co₃O₄ phase was presented on the fresh catalyst, whereas the spinel phase of Fe-Co alloy and CoO existed on the used catalyst.     

载体焙烧温度对Co／ZrO2催化剂催化F－T合成反应的影响

 采用并流共沉淀法制得了ZrO2载体，采用等体积浸渍法制备了钴质量分数为10％的系列负载型催化剂，考察了载体焙烧温度对催化剂催化性能的影响．结果表明，焙烧温度对载体的物化性质有显著影响，提高焙烧温度可降低载体的表面酸性，减弱钴锆之间的相互作用，提高催化剂的活性和选择性．钴负载到低温焙烧的载体上促进了ZrO2由无定形向四方相的转变，提高了催化剂的分散度，降低了催化剂的活性和选择性．     

超临界和近临界条件下Fischer Tropsch合成研究：溶剂的影响

研究了超临界和近临界条件下费托合成过程中溶剂对反应行为的影响。反应在固定床反应器中进行，催化剂为Co/SiO2，所选择的溶剂有两类：纯溶剂（正戊烷和正己烷）和混和溶剂（由正己烷和少量的C5~10烃组成）。结果表明,正己烷分压对CO转化率影响很小，但是产物中1 烯烃含量随正己烷分压增加而增加，超临界条件下1 烯烃含量明显高于非临界条件下。溶剂的种类对CO转化率、CH4和CO2选择性以及产物炭分布影响不大。这一结果表明为了减少溶剂用量，对含有适量轻组分（C5~10）的正己烷溶剂进行循环使用是可行的。结果同时表明与正己烷相比，混和溶剂（25%正己烷和75%正葵烷）具有较高的1 烯烃选择性。     

Kinetics of the water-gas shift reaction in Fischer-Tropsch synthesis over a nano-structured iron catalyst

Based on formate and direct oxidation mechanisms, three Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW) kinetic models of the water-gasshift (WGS) reaction over a nano-structured iron catalyst under Fischer-Tropsch synthesis (FTS) reaction conditions were derived and compared with those over the conventional catalyst. The conventional and nanostructured Fe/Cu/La/Si catalysts were prepared by co-precipitation of Fe and Cu nitrates in aqueous media and water-oil micro-emulsion, respectively. The WGS kinetic data were measured by experiments over a wide range of reaction conditions and comparisons were also made for various rate equations. WGS rate expressions based on the formate mechanism with the assumption that the formation of formate is rate determining step were found to be the best.     

负载型铁催化剂上费托合成的反应机理

用瞬时应答技术对费托合成的初始态动力学行为进行跟踪，研究了Ｆｅ／γ－Ａｌ２Ｏ３，Ｆｅ－Ｃｏ／γ－ＡＬ２Ｏ３和Ｆｅ－Ｃｏ－Ｋ２Ｏ／γ－Ａｌ２Ｏ３催化剂上ＣＯ氢化生成轻的催化性能和Ｃ２烃的生成机理。结果表明，在Ｆｅ－Ｃｏ－Ｋ２Ｏ／γ－Ａ２Ｏ３上ＣＯ解离吸附形成的表面碳是合成烃反应的活性中心，表面碳的逐步氢化，生成亚甲基物种而亚甲基物种的聚合促成了烃键的增长。     

还原气氛对钴锆共沉淀催化剂结构和费托合成反应性能的影响

采用程序升温还原、氮吸附、原位X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等方法研究了不同还原气氛对钴锆共沉淀催化剂结构的影响,并考察了催化剂上费托合成反应的性能.结果表明,H2还原对催化剂的破坏程度较小,活性相主要是面心立方钴;CO还原导致催化剂发生积碳,催化剂中出现面心立方钴和六方钴的混晶;合成气还原使催化剂烧结严重,单质钴以面心立方和六方两种晶相存在.费托合成反应结果表明,CO还原后催化剂没有催化性能,H2还原与合成气还原后催化剂的催化活性相差不大,但前者CH4选择性较低.     

费托合成:SiO_2和Al_2O_3负载的Co_2C催化剂的表征和评价

采用CO碳化SiO2和Al3O4负载的Co(NO3)2的方法制备了SiO2和Al3O4负载的Co2C催化剂,采用N2物理吸附、X射线衍射和H2-程序升温还原技术对催化剂进行了表征,并用于催化费托合成反应中.结果显示,需要较长碳化时间才可合成负载的Co2C催化剂;所制催化剂表现出CO加氢生成高碳醇的催化性能,其原因可能在于催化剂表面存在的金属Co物种使CO解离,表面Co物种有利于CO插入,从而导致醇的生成,但体相Co2C则不具有催化活性.     

氮掺杂碳纳米笼固载钌纳米粒子的费托合成性能

费托合成可以将来源广泛的合成气转化为低碳烯烃和燃油等高附加值化学品, 是后石油时代的重要化工过程, 而发展高性能的催化剂是该工程产业化的关键. 以具有高比表面积和高氮含量的氮掺杂碳纳米笼(NCNC)为载体, 采用等体积浸渍法制备了Ru的质量分数为20%的Ru/NCNC催化剂, 所得Ru纳米颗粒均匀分散, 相比于未掺杂碳纳米笼负载的Ru催化剂(Ru/CNC), Ru纳米粒子尺寸更小且分布更集中. Ru/NCNC催化剂展现出优异的费托合成催化性能, 在0.5 MPa和220 ℃的温和条件下, 具有高的催化活性、高的C₅₊选择性(55.7%)、低的CH₄选择性(13.5%)和高的催化稳定性(60 h, CO转化率保持在≈33%), 显著优于Ru/CNC. 这可归因于N掺杂提高了Ru活性中心的数量和电子态密度以及表面碱性, 增强了金属-载体相互作用, 进而提高Ru/NCNC的催化活性、长链产物(C₅₊)选择性、抗烧结能力和催化稳定性. 本研究提供了一条通过掺杂碳载体设计提升费托合成催化剂性能的有效策略.     

多相催化时空演变的全生命周期表征策略

可持续发展的化学工业需要新型高效的催化材料和催化过程,尤其需要生态友好、本质安全的新催化过程,其本质是提高合适反应器内催化剂的选择性、活性和稳定性.因此,通过原位技术实时表征反应状态下的催化剂结构并同步测试催化性能,有助于全面研究真实反应条件下催化剂及其表面物种随时间的演变过程,深入理解催化剂构效关系的本质,为开发新一代催化技术提供科学依据.迄今,在实际催化体系中实现催化剂从活化、运行到失活的全生命周期表征仍存在巨大挑战.本文综述了分子筛、金属、金属氧化物三类典型催化剂在甲醇制烯烃、费托合成、丙烷脱氢等催化反应中的全生命周期时空演变,分析了所采用的表征研究策略,以期为新型工业催化的应用基础研究提供启示.据文献报道,甲醇制烯烃反应案例主要利用了原位紫外-可见光谱和固态核磁共振光谱等获得SAPO-34分子筛催化剂从诱导期、自催化期到失活期的表面烃池物种性质和动态演变;费托合成反应案例主要利用了同步辐射X射线衍射计算机断层扫描和X射线吸收光谱等技术研究单个毫米级Co/γ-Al2O3催化剂颗粒在还原条件和费托合成条件下的催化剂结构演变;丙烷脱氢反应案例主要结合原位的紫外-可见和拉曼光纤探头分析了CrOx/Al2O3催化剂在700 ml固定床反应器中不同床层积炭的时空演变.这些研究案例表明,因受限于表征仪器的时空分辨率和适用工况,多数重要的催化反应尚未完全实现工业条件下的全生命周期表征;但通过合理简化非关键变量,可以获得近似工业条件下的多相催化时空演变规律,这些原位表征研究拓展了多相催化的新认识新发现.着眼未来,近似工业反应条件的原位表征、多尺度的原位表征装置设计、反应条件下的计算模拟等策略将在催化研发中发挥重要作用.这些全生命周期表征策略反映了催化研究范式的转变,但将其应用于工业实践仍面临许多科学和工程的挑战.从实际应用角度看,还需综合考虑原位表征技术的成本、安全性和准确性,重视催化剂颗粒及反应器尺度的原位表征,不断推进新型催化剂的研发.