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.     

共沉淀制备法及铜基催化剂组成对合成甲醇活性的影响

研究了低压合成甲醇二元催化剂的反加沉淀制备法,以及催化剂中Cu/Zn含量比与催化活性的关系。结果表明,用反加硝酸盐于Na_2CO_3沉淀剂中的共沉淀法制得的前驱物之物相结构与並流法的一样,其催化活性也基本相同。而且当使用含CO_21～4％的CO/H_2合成气时,二元催化剂的活性与Cu/Zn关系是50/50的催化活性高于70/30和30/70的。结果还表明,对于这种合成气组成,ZnO的催化协同作用是不可忽略的,这与我们以前所提的关于Cu/ZnO合成甲醇催化剂活性中心本质和催化作用机理的观点相一致。     

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%。     

CO2加氢合成二甲醚的催化剂的制备

先采用均匀沉淀法制备出CuO—ZnO催化剂,然后以CuO—ZnO催化剂作为晶核采用水热合成法制备出CuO—ZnO／HZSM-5（氢型ZSM-5分子筛）复合催化剂．利用X射线衍射和氨程序升温脱附手段对复合催化剂进行表征,并应用于CO2催化加氢合成二甲醚的反应．研究结果表明,在相同的反应条件下,这种CuO—ZnO／HZSM-5复合催化剂与采用物理混合法制备出的复合催化剂相比具有更好的催化效果,不但提高了CO2的转化率、二甲醚的选择性以及二甲醚和甲醇的总选择性,同时还改善了催化剂的稳定性．     

混合碱处理制备微介孔催化剂及其噻吩烷基化催化性能

以SiO_2/Al2O3物质的量比为50的H-ZSM-5分子筛为母体,分别采用Na_2CO_3溶液处理后加入TPAOH溶液进行二次晶化法以及Na_2CO_3/TPAOH混合溶液同时处理法,制备了微孔-介孔多级孔HZSM-5催化剂,对其噻吩烷基化反应催化性能进行了研究。结果表明,采用4 mol/L的Na_2CO_3溶液处理后的催化剂在TPAOH溶液中发生了二次晶化;当TPAOH溶液浓度为0.3 mol/L、晶化温度为170℃、晶化时间为24 h时,得到的HZ(CO_2-3-TPA+,0.3-24-170)催化剂具有适宜的孔径和酸性,其噻吩烷基化转化率最高(99.1%)。而Na_2CO_3/TPAOH同时处理HZSM-5分子筛所得的催化剂,由于生成大量SiO_2堵塞了孔道,覆盖了催化剂表面,降低了催化剂的平均孔径和酸性,不适合噻吩烷基化反应。     

制备过程中缓冲溶液对Pt-Ru/C电催化剂性能的影响

 采用浸渍还原法制备了Pt-Ru/C直接甲醇燃料电池阳极催化剂. 为了提高催化剂的活性,使用乙酸钠和氢氧化钠缓冲溶液来调节反应溶液的pH值,考察了缓冲溶液对催化剂性能的影响; 通过XRD和TEM技术对催化剂的晶体结构及微观形貌进行了分析; 并利用玻碳电极测试了催化剂在0.5 mol/L CH3OH和0.5 mol/L H2SO4混合溶液中的循环伏安曲线和阶跃电位曲线,考察了催化剂对甲醇阳极催化氧化活性的影响. 结果表明,用乙酸钠和氢氧化钠缓冲溶液调节反应溶液pH值所得催化剂的性能优于用NaOH调节反应溶液pH值所得的催化剂. 缓冲溶液pH值对催化剂性能有较大影响,使用pH值为12的缓冲溶液所制备的催化剂性能最佳, Pt-Ru颗粒在碳载体上分散均匀,其最小粒径为4.2 nm. 还原温度对缓冲溶液作用的发挥有一定影响,还原温度升高会使溶液的pH值下降,不利于缓冲溶液作用的发挥.     

催化剂活性测定实验的改进

为了改善流动法测定催化剂活性的实验,采用浸渍-煅烧法和共沉淀．煅烧法分别制备了CuO—ZnO／Al2O3和CuO—ZnO—NiO／Al2O3催化剂,并与传统的ZnO／Al2O3进行了比较。发现采用浸渍一煅烧法制备的CuO—ZnO—NiO／Al2O3催化剂的低温催化活性最高。实验表明,采用新型CuO．ZnO—NiO／Al2O3催化剂可将甲醇分解的实验温度降低100％,且实验效果得到明显改善。     

前驱体和沉淀剂浓度对CuO/ZnO/CeO2-ZrO2甲醇水蒸气重整制氢催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备了CuO/ZnO/CeO₂-ZrO₂甲醇水蒸气重整制氢催化剂,探讨了前驱体和沉淀剂浓度对催化剂性能的影响,并采用BET、XRD、H₂-TPR和XPS等手段对催化剂进行了表征。结果表明,前驱体和沉淀剂浓度对催化剂的结构和性能影响很大,当前驱体浓度为0.1mol/L,沉淀剂浓度为0.5mol/L时,所得催化剂CO选择性最小,催化活性最佳。在360h稳定实验中,甲醇最高转化率达100%,重整尾气中H₂含量保持在74.5%以上,CO含量低于0.8%,催化剂稳定性良好。     

沉淀剂对CuZnAl催化剂糠醛气相加氢制糠醇选择性的影响

采用共沉淀法制得分别以NaOH、Na_2CO_3和Na_2CO_3/NaOH为沉淀剂的CuZnAl-1、CuZnAl-2和CuZnAl-3催化剂,采用X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附、H_2-程序升温还原(H_2-TPR)、热重和NH_3-程序升温脱附(NH3-TPD)等方法对催化剂进行了表征,并在固定床反应器上研究了沉淀剂对CuZnAl催化剂糠醛气相加氢制糠醇选择性的影响。结果表明,糠醛加氢在三种催化剂上均有较高转化率,而CuZnAl-3催化剂对糠醇有较高选择性。沉淀剂对CuZnAl催化剂的物相结构、比表面积、酸性和氧化还原性均有较大影响。以Na_2CO_3/NaOH为沉淀剂得到的CuZnAl-3催化剂具有适宜的比表面积、CuO晶相、较弱的酸性位,且表面CuO易于还原,这些因素有利于催化反应生成糠醇。CuZnAl-3催化剂上糠醛气相加氢制糠醇优化工艺参数为:常压、反应温度180℃、氢醛物质的量比为5∶1、糠醛体积空速0.3h~(-1);糠醛转化率为99.4%,糠醇选择性为98.3%。     

甲醇合成Cu/Zno催化剂前驱体的物相转变

采用共沉淀法制备Cu/ZnO合成甲醇催化剂,重点考察了Cu/Zn母料老化期间pH值的变化情况,并结合X射线衍射(XRD)、红外光谱、微分热重分析、程序升温脱附和扫描电镜等表征于段研究了不同老化时间前驱体物相的变化.结果表明,老化前,前驱体主要以无定形碱式碳酸盐的形式存在;老化过程中,物相由无定形向晶体转变,铜锌开始掺入相应的碱式碳酸盐,此时母液pH值下降,溶液由蓝色变成蓝绿色.随着老化时间的增加,铜锌掺入量增加,晶粒逐渐长大,最终形成大量能生成高活件催化剂的前驱体物相(Cu,Zn)2(CO3)(OH)2和(Cu,Zn)5(CO3)2(OH)6.XRD结果表明,老化时间对催化剂的CuO晶粒大小影响很大.     

用于CO2或CO加氢合成甲醇过程的高活性Cu/ZnO/Al2O3纳米纤维催化剂

 采用特殊的共沉淀法制备了一种在CO2加氢和CO加氢过程中都具有很高活性的Cu/ZnO/Al2O3纳米纤维催化剂. 与商业催化剂相比,该催化剂的CO2和CO转化率、甲醇选择性和甲醇时空产率高很多. 该合成方法不需要有机试剂和复杂的过程,因此生产成本低,容易实现.     

陈化时间对CuO/ZnO/CeO2/ZrO2甲醇水蒸气重整制氢催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备了CuO/ZnO/CeO₂/ZrO₂甲醇水蒸气重整催化剂,探讨了陈化时间对催化剂性能的影响.结果发现,延长陈化时间能增加催化剂的表面铜原子数和改善催化剂的还原性能,但与此同时也降低了催化剂的储放氧性能.延长陈化时间,CuO/ZnO/CeO₂/ZrO₂催化剂的氢产率随表面铜原子数的增加而成线性增长.另一方面,重整尾气中的CO含量也随着储放氧能力的下降而增加.综合考虑产氢率和重整尾气中CO含量,最佳陈化时间为2h,此时,CuO/ZnO/CeO₂/ZrO₂催化剂表现出了最佳性能.     

沉淀方法对FeMnCu/ZnO合成低碳醇催化剂性能的影响

以分步连续沉淀法和共沉淀法制备了一系列FeMnCu/ZnO复合氧化物合成低碳醇催化剂，对其CO加氢合成低碳混合醇的反应性能进行了考察，并用ICP、XRD、BET、H2-TPR对其结构进行了表征。结果表明，沉淀方法不同对催化剂的催化性能有较大的影响。在T503K、P=8.0MPa，GHSV=8000h－1，H2/CO＝2(体积比)的条件下, 分步沉淀法制备的FeMnCu/ZnO催化剂醇的收率和C2+OH的质量分数均高于共沉淀法制备的催化剂。其中“Fe atop Cu”催化剂醇的收率最高，达到0.26g/mLcat·h，同时“Fe atop Cu”催化剂C2+OH的质量分数也最高，可达31.72%。XRD研究表明，分步沉淀法制备的催化剂促进了CuO和ZnO的分散，提高了催化剂的催化性能。BET测试结果表明，分步沉淀法有扩孔的作用，有利于长链醇的生成。TPR研究发现，共沉淀法制备的催化剂Cu物种较难还原，这是共沉淀催化剂合成醇性能较低的原因之一。     

助剂Fe和反应修饰剂修饰的Ru催化剂上苯选择加氢制环己烯

共沉淀法制备了Ru-Fe(x)催化剂,并利用X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、N2物理吸附和透射电镜等手段对催化剂进行了表征.结果表明,Ru-Fe(x)催化剂中助剂Fe以Fe3O4形式存在.单独Fe3O4并不能提高Ru催化剂的环己烯选择性.但在加氢过程中Fe3O4可与反应修饰剂ZnSO4反应生成(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)x(x=1 or 3).化学吸附的(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)x(x=1 or 3)在提高Ru催化剂环己烯选择性中起着关键作用.此外,Ru-Fe(x)催化剂的性能还与浆液中的Zn2+浓度和pH值有关.在0.61 mol/L ZnSO4溶液中Ru-Fe(0.47)催化剂不但给出了56.7%的环己烯收率,而且具有良好的稳定性和重复使用性能.化学吸附在Ru表面的Fe2+同样能提高Ru催化剂的环己烯选择性.在0.29 mol/L和0.61 mol/L FeSO4溶液中Ru-Fe(0.47)催化剂上化学吸附Fe2+量近似,性能近似.因为Fe2+和Zn2+性质的差异,在0.29 mol/L和0.61 mol/L FeSO4溶液中Ru-Fe(0.47)催化剂的环己烯选择性分别低于在同浓度的ZnSO4溶液中的.     

酸-碱交替沉淀法铜基甲醇合成催化剂的优化制备与表征

采用酸-碱交替沉淀法制备了Cu基甲醇合成催化剂放大样(500 g), 并用X射线衍射、低温N2吸附和扫描电子显微镜等对催化剂进行了表征,系统考察了制备条件(搅拌速度、溶液滴加速度、盐和碱溶液浓度等)对催化剂性能的影响. 结果表明,采用酸-碱交替沉淀法制备的Cu基甲醇合成催化剂中, Cu和Zn组分以无定形的CuO-ZnO固溶体存在,使得CuO和ZnO的晶粒减小,导致催化剂的晶粒度较小,粒径尺寸分布较均匀,结晶度相对较低,有利于提高催化剂的比表面积. 采用酸-碱交替沉淀法制备的Cu基甲醇合成催化剂具有较高的Cu分散度和较大的Cu比表面积. 在优化条件下制备的催化剂的活性和耐热性均比国内外工业催化剂高.     

沉淀还原法制备高性能CO2加氢合成甲醇Cu/ZnO/Al2O3催化剂

由铜基催化剂催化CO2+H2合成甲醇是有效利用CO2的潜在途径[1～5]. 但传统的催化剂对该反应的催化活性及选择性均很低[3～5], 因而寻求具有高活性及高选择性的新型催化剂已成为重要研究课题[4,6]. Cu/ZnO系列催化剂的制备方法和助剂对催化剂的性质及CO2加氢合成甲醇的反应性能有显著影响[6～10], 传统的气相还原活化铜基催化剂的过程常伴随强烈的热效应, 导致催化剂活化过程存在耗时长及还原条件难以控制等问题[11]. 本文采用沉淀-还原法, 用KBH4溶液对新鲜制备的碳酸盐共沉淀进行液相化学还原处理, 直接得到高活性及高选择性的还原态Cu/ZnO/Al2O3甲醇合成催化剂, 并可通过改变催化剂表面Cu+/Cu0活性物种的相对比例来改善催化剂的活性及选择性.     

AHTD法铜基催化剂合成甲醇的研究——Ⅱ.催化剂氧化态前驱体的性质

本文采用XRD,XPS,TPR等手段对AHTD(雾化高温分解)法制备的铜基甲醇合成催化剂的氧化态前驱体进行了表征,发现CuO/ZnO催化剂是四方结构的CuO和六方结构的ZnO组成的两相体系,但是,有部分ZnO溶解到CuO相中,催化剂的表面积为5—10m~2/g,远小于相应的沉淀法催化剂的表面积,氧化铝的加入有助于表面积的增大;催化剂存在表面富锌现象,随着催化剂铜含量的增加,表面富锌量增大;CuO与ZnO之间存在相互作用,使CuO的还原性能发生明显的变化。     

超细CuO/ZnO/TiO2-SiO2的表征和CO2加氢合成甲醇性能研究

用溶胶-凝胶法制备了铜、锌质量分数不同的超细Cu/ZnO/TiO2-SiO2催化剂。通过BET、TPR、XRD及FT-IR等方法对催化剂前驱体CuO/ZnO/TiO2-SiO2的物化性能进行表征。用固定床连续流动微反装置，考察催化剂CO2加氢合成甲醇的催化性能。研究结果表明，溶胶-凝胶法制备的CuO/ZnO/TiO2-SiO2催化剂比表面较大（240 m2/g～590 m2/g），孔径分布单一，晶相组成为CuO。随着铜、锌质量分数的增大，催化剂的比表面积减小，最可几孔径增大; CuO微晶结晶度增大,同时微晶尺寸逐渐增大至20 nm。催化剂具有较高的反应活性和选择性，当氧化铜、氧化锌质量分数各为25%时，在260 ℃，2 500 h－1，CO2∶H2=1∶3（mol比），2.0 MPa的反应条件下，甲醇时空收率为0.126g/(h·g)。     

CO2加氢低压合成甲醇催化剂CuO／ZnO／ZrO2的光电子能谱研究

本文应用XPS和XAES(X光激发俄歇电子能谱)考察了CO_2加氢低压合成甲醇用CuO/ZnO/ZrO_2催化剂在反应条件下的表面状态。结果表明,在还原及反应状态下,催化剂表面没有稳定的Cu~(2+)、Cu~+离子存在,仅有Cu~0能被检测到;ZnO部分被还原,产生低价锌Zn~[(2-δ)](0<δ<2)物类。结合活性测试结果,认为高活性、高选择性的CO_2加氢合成甲醇催化剂要以Cu、Zn共同存在为前提,即Cu~0与部分还原的ZnO共同组成甲醇合成的活性中心。     

含铝前驱体对Cu/ZnO/Al_2O_3合成甲醇催化剂性能的影响

铝元素是Cu/ZnO/Al_2O_3合成甲醇催化剂的重要组成部分,本文研究了不同铝添加方式对Cu/ZnO/Al_2O_3催化剂性能的影响.实验采用一步共沉淀法和分步沉淀法,制备了一系列不同含铝前驱体组成的催化剂样品,通过X射线衍射(XRD)、热重-质谱(TG-MS)、荧光光谱仪(XRF)、N2物理吸附、程序升温还原实验(TPR)和X射线光电子能谱(XPS)对这些样品进行了表征.结果表明,铝添加方式对样品碱式碳酸盐晶体中的Cu-Zn取代程度产生影响,进而影响到催化剂的性能.以氢氧化铝为含铝前驱体的催化剂表现出相对较高的Cu-Zn取代率,同时前驱体含有相对较多的类孔雀石相和绿铜锌矿相.结果表明,以氢氧化铝为含铝前驱体的催化剂的活性和稳定性均优于共沉淀法制备的催化剂.以氢氧化铝为含铝前驱体更适于制备Cu/ZnO/Al_2O_3合成甲醇催化剂.