C_(2~6)烯烃在H-ZSM-5分子筛周期性模型上吸附的理论研究

采用密度泛函理论中的PBE-D方法研究了C2~6直链烯烃以及丁烯异构体在H-ZSM-5分子筛周期性模型上的吸附行为。结果表明,对于C2~6直链烯烃,随着碳数的增加,烯烃的吸附能以-12 kJ/mol的常数线性增大,体系中色散校正能ED以-13 kJ/mol的常数线性增大,而不考虑范德华力的能量E*随碳数增加变化不大,只在C5和C6时由于空间阻力凸显而减小。ED显著大于E*,说明烯烃在分子筛孔道中吸附时范德华力起主要作用,且碳数增加其影响增大。丁烯异构体吸附能大小顺序为:反式-2-丁烯顺式-2-丁烯正丁烯异丁烯。正丁烯的3种异构体ED相近且都比正丁烯的大,3种异构体的吸附能差异由E*不同引起。差分电荷密度分析表明,烯烃双键与酸性中心之间有电子聚集,且聚集程度与π配位作用相一致,而且酸性中心H原子有质子化趋向,O原子及其周围电子增加。     

Mn助剂加入方式对铁基催化剂F-T合成性能的影响

采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了系列微球状Fe/Mn/K催化剂,结合H2 DTG、CO TPR、Mossbauer谱等表征手段,研究了Mn助剂的加入方式对铁基催化剂物相结构、还原和碳化行为以及F-T合成性能的影响。催化剂在浆态床反应器中以接近F-T合成实际工况条件 (250℃、1.5MPa、H2/CO=0.67和2.0L /(gcat·h)) 进行评价。结果表明,以共沉淀方式加入Mn助剂具有较强的Fe Mn相互作用,从而抑制了催化剂的还原和碳化,降低了催化剂的活性,提高了催化剂的稳定性。而以部分共沉淀和黏结剂方式加入Mn助剂促进了催化剂的还原和碳化,提高了反应活性加速了催化剂的失活。与共沉淀Mn相比,部分共沉淀和黏结剂Mn提高了重质烃和烯烃的选择性,同时抑制了有机含氧化合物的生成。     

原子层沉积技术调控分子筛基催化剂研究进展

分子筛基催化剂在多相催化研究领域具有重要的应用,但调控活性中心粒子的结构及其在分子筛上的空间位置仍比较困难,是科研界和工业界共同面临的巨大挑战。原子层沉积(ALD)是一种先进的薄膜沉积技术,利用其自限制生长优势,可在原子级别实现对金属粒子生长过程的精准调控。本工作综述了ALD技术在制备分子筛基催化剂方面的应用,主要包括利用ALD技术控制活性位点在分子筛上的生长落位、修饰分子筛骨架结构以及选择性沉积膜调变分子筛表面结构。利用ALD技术设计和调控活性组分结构促进了分子筛基催化剂的发展,但由于分子筛孔道结构复杂且存在缺陷位,因此,ALD技术在分子筛基催化剂的设计调控及大规模应用方面仍具有挑战性,也是今后研究工作的重点。     

SO2-4对铁基催化剂上费托合成反应的影响

以FeCuK/SiO2为母体催化剂,用不同浓度的NH4HSO4水溶液进行等体积浸渍,制备了不同SO2-4含量的费托合成(FTS)铁基催化剂.采用原子发射光谱、低温N2吸附、 X射线光电子能谱、程序升温还原和穆斯堡尔谱等技术对催化剂进行了表征,并在H2/CO摩尔比0.67,WHSV=2 000 h-1,压力1.5 MPa和温度250 ℃条件下进行了浆态床FTS反应.结果表明,少量SO2-4能促进催化剂在H2中的还原;在合成气还原过程中,少量SO2-4对催化剂的碳化程度影响不大,但大量SO2-4严重抑制催化剂的碳化.在约500 h的运行实验中,各催化剂样品表现出的催化活性有所差异,但均呈现较好的稳定性.SO2-4可抑制水煤气变换反应活性,且随着SO2-4含量的增加,抑制作用愈加明显;同时,催化剂上浸渍少量SO2-4可有效抑制CH4的生成,提高低碳烯烃的选择性.     

F-T合成Fe/Cu/K/Al2O3催化剂的结构性质、还原及碳化行为

采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了微球状Fe/Cu/K/Al2O3催化剂, 结合TG、N2物理吸附、XRD、H2-TPR、CO-TPR、Mossbauer谱等表征手段, 研究焙烧温度对Fischer-Tropshc (F-T)合成铁基催化剂的结构性质、还原行为和碳化行为的影响. 结果表明, 较高的焙烧温度有利于碳酸盐的分解和结晶水的脱除, 促进了催化剂的还原. 随着焙烧温度的进一步升高, 催化剂的比表面积减小, 平均孔径增大, α-Fe2O3晶粒的粒径增大, 催化剂中金属与载体的相互作用增强, 从而削弱了CuO、K2O助剂的作用, 严重抑制了催化剂的还原和碳化.     

浸渍钠对铁基催化剂F-T合成浆态床反应性能的影响

以FeCuK/Si O2为母体催化剂,通过乙酸钠浸渍得到一组不同Na含量的费托合成铁基催化剂.采用原子发射光谱、低温N2吸附、程序升温还原和M ssbauer谱等技术对催化剂进行了表征.在H2/CO摩尔比为0.67,空速为2 000 h-1,压力为1.5 MPa和温度为250℃的条件下进行了浆态床F-T合成反应性能评价实验.结果表明,浸渍少量Na能提高催化剂的比表面积,促进铁物相的分散,而浸渍大量Na却大大降低了催化剂的比表面积,使催化剂中的铁物相聚集形成较大的颗粒;浸渍Na抑制了催化剂在H2中的第一步还原,但促进了催化剂在CO中的碳化;在原位合成气还原过程中,浸渍Na有利于催化剂的碳化.在500 h的运行实验中,浸渍Na的催化剂均表现出不同程度的失活现象.反应结果表明,浸渍Na对水煤气变换反应活性影响不大,对费托合成反应活性和烃产物选择性有较大的影响.在铁基催化剂上浸渍Na有利于C12 重质烃和低碳烯烃的生成.     

Ni助剂FeMnK/SiO2费托合成催化剂的结构性质及还原碳化行为研究

研究了Ni助剂对共沉淀型FeMnK/SiO2催化剂的结构性质和还原炭化行为的影响。结果表明，添加少量Ni助剂提高了催化剂的比表面积，降低了平均孔径，促进了催化剂中铁氧化物的分散。在H2-TPR中，Ni助剂降低了催化剂的还原温度；在CO-TPR中，Ni助剂使催化剂的还原和炭化峰前移，提高了氧的移除速率，增加了碳的引入量；在合成气等温还原中，Ni助剂提高了催化剂的活化速率，在相同的还原时间内可获得更高的F-T合成反应活性。     

Cu、K助剂对FeMn/SiO2催化费托合成的影响

研究了Cu、K助剂对共沉淀型FeMn/SiO2催化剂还原行为、吸附行为及费托(F-T)合成活性和选择性的影响. Cu助剂以与Fe、Mn、SiO2共沉淀的方式引入, 而K助剂是在喷雾干燥前均匀加入沉淀浆料引入的. 结果表明, Cu可明显提高催化剂的还原性能, K助剂能促进催化剂在CO中的还原但抑制在H2中的还原, 而同时加入Cu和K会进一步促进催化剂在H2或CO中的还原; Cu助剂能促进H2吸附而K助剂对H2吸附无明显影响; Cu在一定程度上提高了F-T合成活性, 缩短了反应诱导期, K明显促进了CO的转化而相对抑制了H2的转化, 并且延长了反应的诱导期, Cu与K协同作用不仅提高反应的转化率而且缩短了反应的诱导期; K使得烃产物平均分子量增加, Cu单独对烃产物分布影响不明显, 而与K共同作用会进一步增加烃产物的分子量.     

结构助剂SiO2、Al2O3对铁基催化剂浆态床F-T合成性能的影响

采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了微球状Fe/Cu/K/SiO2和Fe/Cu/K/Al2O3催化剂，研究SiO2和Al2O3作为结构助剂对铁基催化剂吸附行为、炭化行为及F-T合成反应性能的影响。表征结果表明,与Al2O3相比较，SiO2抑制了H2的吸附，但促进了CO的吸附，有利于催化剂的炭化。催化剂在260℃、1.5MPa、H2/CO=0.67和2000h-1下的浆态床F-T合成反应评价表明，Fe/Cu/K/SiO2催化剂具有较高的F-T合成活性、高的水煤气变换反应（WGS）活性，且其烃产物选择性明显向高炭数方向偏移，而Fe/Cu/K/Al2O3催化剂则表现出较低的F-T合成活性、低的水煤气变换反应（WGS）活性和高的轻质烃选择性。但Fe/Cu/K/Al2O3催化剂比Fe/Cu/K/SiO2催化剂具有更好的运行稳定性。     

焙烧温度对Fe-Mn催化剂结构和F-T合成性能影响

研究了焙烧温度对Fischer-Tropsch(F-T)合成Fe-Mn催化剂的织构性质、还原行为以及在还原和反应过程中结构变化的影响；在H2/CO=2.0、260 ℃、2.5 MPa和1 000 h－1条件下在固定床反应器上考察了焙烧温度对Fe-Mn催化剂F-T合成反应活性、烃产物选择性和运行稳定性的影响。XRD和TPR结果表明，随着焙烧温度的升高，催化剂中α-Fe2O3晶粒增大，催化剂比表面积降低，促进Mn3+渗入α-Fe2O3晶格中，形成了铁锰固溶体物相，使得催化剂难于还原，当焙烧温度升高到700 ℃时，催化剂中的α-Mn2O3相完全消失。催化剂F-T合成反应评价表明，在不降低催化剂活性的同时，焙烧温度的升高可显著地提高催化剂的反应运行稳定性，并促使烃产物分布向高碳数方向偏移；600 ℃焙烧的Fe-Mn催化剂运行200 h，总体活性高，失活速率较低，对低碳烯烃和中间馏分油段产物选择性好。