氮化硼载体对 Ru-Ba/BN 氨合成催化剂性能的影响

 研究了不同方法合成的氮化硼 (BN) 的性质及其负载的 Ru-Ba 催化剂对氨合成的催化性能. 采用 X 射线粉末衍射、N2 吸附-脱附、扫描电镜和傅里叶变换红外光谱等手段对所合成的 BN 样品进行了表征. 结果表明, 采用程序升温氮化和程序升温还原法均能在低于 900 oC 的条件下合成出较纯的六方相 BN, 其比表面积分别达到 103 和 138 m2/g. 其中前者负载 Ru-Ba 的催化剂活性更高, 在 475 oC, 10 MPa 和 10 000 h–1 的条件下出口氨浓度达 7.3%, 且在 550 oC 热处理 30 h 后, 活性基本保持不变.     

用水合肼还原的Ru／AC氨合成催化剂的制备

 用RuCl3水溶液浸渍BET比表面积为1020m2／g的椰壳活性炭（AC）载体，制备了钌含量为6％的Ru／AC氨合成催化剂．在添加助剂前，分别用水合肼水溶液、水合肼蒸气和H2还原催化剂，然后分别浸渍Ba（NO3）2和KOH．催化剂中的Ru∶K∶Ba摩尔比为1∶3∶0．3．用N2物理吸附、XPS和CO化学吸附等方法对催化剂进行了表征．结果表明，用不同还原方法制备的催化剂上的钌以不同的化学状态存在，它的活性与其比表面积和金属钌的分散度相关．用水合肼水溶液还原的催化剂S1中的钌在大气气氛下以金属态存在，它的BET比表面积和金属分散度较大，低温低压下催化活性最高．以水合肼蒸气还原的催化剂S2中的钌在大气气氛下以RuO3形态存在，它的BET比表面积和金属分散度小，催化活性最低．用H2还原的催化剂S3中的钌在大气气氛下以RuO2形态存在，其BET比表面积和金属分散度与S1催化剂相当，催化活性也与S1相近．     

活性炭表面基团的调变对Ru/AC氨合成催化剂的影响

通过硝酸处理的方法对活性炭表面基团进行了调控,研究了活性炭表面基团的数量对负载钌基氨合成催化剂的影响。运用N2物理吸附、CO化学吸附、Boehm滴定法和质量滴定法等分析手段对催化剂进行了表征。结果表明,随着预处理硝酸浓度的增加,活性炭表面含氧基团的数量线性增加,等电点逐渐减小,而催化剂的活性先增加后减小,钌的分散度也呈现相同的规律。当硝酸浓度达到4.6mol/L时,活性炭表面总含氧基团量为1.21mmol/g,钌的分散度和催化剂的活性都是最佳。适量的含氧基团对提高钌的分散度是有利的,但过量的含氧基团并不能进一步提高钌的分散度,催化剂的合成氨活性和载体表面的含氧基团数量不是线性增加的关系。     

Ru/Ba-ZrO2催化剂的制备及其氨合成性能研究

分别采用柠檬酸络合法、改性共沉淀法和湿浸渍法制备了掺Ba纳米ZrO2材料,负载Ru后用于催化氨合成反应.采用X射线衍射、CO2程序升温脱附(CO2-TPD)、N2物理低温吸附、H2程序升温还原技术(H2-TPR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和CO化学吸附对载体材料和催化剂进行了表征.结果表明,不同方法制备载体的物相结构和织构性能均有明显差别,负载Ru后催化剂的氨合成性能差别也较大.其中,以柠檬酸络合法制备的载体材料中Ba以BaZrO3的形式存在,钙钛矿型BaZrO3具有较强的供电子能力,电子可以通过Ru与载体间强相互作用传递到Ru表面,有效地促进N≡N的断裂,使催化剂的低温活性显著提高.在425℃,3 MPa,空速为10000 h-1条件下,出口氨浓度为5.72%.其氨合成活性分别是改性共沉淀法和湿浸渍法制备催化剂的3.8倍和14.3倍.     

超声频率对活性炭结构及钌/活性炭氨合成催化剂催化活性的影响

 采用超声波处理活性炭,运用场发射扫描电镜、 N2物理吸附和程序升温脱附-质谱等表征手段,考察了超声处理对活性炭的表面形貌、孔结构以及表面基团的影响. 以不同超声频率处理后的活性炭为载体,以钡和钾为助剂制备了一系列钌基氨合成催化剂,并考察了其性能. 结果表明,随着超声频率的提高,活性炭的杂质含量明显降低,中孔比表面积增加,表面不稳定基团的数量减少. 当采用功率100 W, 频率39.0 kHz的超声探头处理30 min时,活性炭表面的杂质含量较低,中孔比表面积适中,以其为载体制备的钌基氨合成催化剂的活性较高,在GHSV=10000 h-1, 10.0 MPa和425 ℃的反应条件下,反应速率达到101.0 mmol/(g·h).     

双结构助剂对Ru/AC氨合成催化剂稳定性的影响

在高温高压条件下,单结构助剂的Ru-Ba-K/AC氨合成催化剂热稳定性较差,少量钐助剂的添加能显著的改善催化剂的稳定性.研究结果表明,在Ru-Ba-K/AC体系中,钐的添加量为0.5%时,钐的添加对催化剂活性影响很小,但稳定性显著增强;钐助剂的添加量超过1%以后,催化剂的稳定性进一步增强,但催化剂的活性显著下降.催化剂稳定性提高的主要原因可能是Sm掺杂显著提高催化剂结构助剂的抗烧结能力,而且钐的添加抑制了钌表面的氢吸附,提高了炭载体抗甲烷化能力.     

柠檬酸对Ru/AC氨合成催化剂结构和活性的影响

使用柠檬酸(CA)修饰石墨化活性炭(AC)和钌以改善Ru/AC催化剂中钌粒子的尺寸分布和催化剂的活性, 并通过透射电镜(TEM)、热重分析(TGA)、CO化学吸附和N2物理吸附等方法研究了柠檬酸对AC和Ru/AC催化剂织构、钌的分散度和催化剂的活性等性质的影响. 结果表明, 负载的柠檬酸优先吸附于活性炭微孔, 少量柠檬酸即可大幅度降低活性炭的比表面积, 增加活性炭表面含氧官能团的数量, 改善了钌粒子分布. 最佳负载顺序是柠檬酸和氯化钌依次负载. 在活性炭中添加适量的柠檬酸对催化剂的低温活性有显著影响. 柠檬酸处理后的Ru/AC催化剂活性最大提高幅度为21.4%.     

活性炭载体的微波处理对氨合成催化剂Ru／C催化活性的影响

将一种商用活性炭在氮气保护下进行徽波处理，采用元素分析、XRD、N2物理吸附和CO化学吸附等表征手段，考察了微波处理对活性炭载体的化学组成、物相、表面织构和催化剂钌分散度的影响。以微波处理的活性炭为载体，以钡或钡铯为助剂，制备了一系列钌催化剂，在SV＝10000h^-1,p=10.0 MPa和θ=430℃的条件下进行了氨合成活性评价。结果表明，活性炭经微波处理后能有效地脱除非碳成分，提高炭载体的稳定性，制备的负载型钌催化剂不仅具有较高的钌分散度，而且在一定温度范围内能够防止金属粒子烧结，从而使催化剂的活性和稳定性明显提高。例如，以未经处理的活性炭为载体制备的4％Ru-Ba-Cs/C催化剂，其出口氨浓度为9．23％，经1．0MPa,520℃耐热36h后，其出口氨溶解度下降至7．39％；而以经微波处理的活性炭（CW5）为载体制备的4％Ru-Ba-Cs/CW5催化剂，出口氨浓度为16．78％，经相同条件耐热后，其催化活性基本不变。     

柠檬酸络合法制备Ba促进ZrO2负载Ru催化剂上氨合成反应性能

采用柠檬酸络合法制备了一系列不同含量Ba掺杂的ZrO2,再用浸渍法制备了K-Ru/Ba-ZrO2催化剂并将其用于氨合成反应.采用X射线衍射和CO2程序升温脱附技术考察了Ba含量对催化剂结构与性能的影响.结果表明,Ba掺入ZrO2后形成的BaZrO3有助于其负载的Ru催化剂氨合成活性的显著提高.在5.0MPa,10000h-1,425℃时,Ru/Ba-ZrO2(Ba∶Zr摩尔比为1∶1)催化剂活性最高,出口氨浓度和反应速率分别达9.24％和29.77mmol/(g·h).这主要归因于载体的强电子传导性能和碱性提高.     

活性炭载体的微波处理对氨合成催化剂Ru/C催化性能的影响

 将一种商用活性炭在氮气保护下进行微波处理，采用元素分析、XRD、N2物理吸附和CO化学吸附等表征手段，考察了微波处理对活性炭载体的化学组成、物相、表面织构和催化剂钌分散度的影响．以微波处理的活性炭为载体，以钡或钡铯为助剂，制备了一系列钌催化剂，在SV＝10000h－1，p＝10．0MPa和θ＝430℃的条件下进行了氨合成活性评价．结果表明，活性炭经微波处理后能有效地脱除非碳成分，提高炭载体的稳定性，制备的负载型钌催化剂不仅具有较高的钌分散度，而且在一定温度范围内能够防止金属粒子烧结，从而使催化剂的活性和稳定性明显提高．例如，以未经处理的活性炭为载体制备的4％Ru－Ba－Cs／C催化剂，其出口氨浓度为9．23％，经1．0MPa，520℃耐热36h后，其出口氨溶解度下降至7．39％；而以经微波处理的活性炭（CW5）为载体制备的4％Ru－Ba－Cs／CW5催化剂，出口氨浓度为16．78％，经相同条件耐热后，其催化活性基本不变．     

硝酸水热处理活性炭对其负载的Ba-Ru-K氨合成催化剂性能的影响

采用N2物理吸附、Boehm滴定、He-TPD-MS、CO化学吸附和透射电镜等手段考察了硝酸水热处理对活性炭(AC)及其负载的Ru基催化剂的孔结构、表面含氧基团、Ru分散度的影响,并评价了Ba-Ru-K/AC催化剂氨合成反应性能.结果表明,经硝酸水热处理后,AC表面含氧基团明显增多,但其孔结构变化不大.随着水热处理硝酸浓度的增加,AC表面含氧基团的数量增加,而相应催化剂的Ru分散度有所降低,Ru粒子尺寸增大.当硝酸浓度为2.0mol/L时,Ru分散度较高,且粒子尺寸(2.0nm)适宜,分散均匀,因此催化剂活性较高.在10MPa和10000h-1条件下,400和375℃时,出口氨浓度分别达到17     

活性炭载体的超声波处理对钌/活性炭氨合成催化剂催化性能的影响

 利用超声波处理活性炭,并采用场发射扫描电镜、X射线能谱、N2物理吸附和CO化学吸附等表征手段,考察了超声波处理对活性炭表面形貌、化学组成、表面织构和催化剂钌分散度的影响. 以超声波处理的活性炭为载体,以钡和钾为助剂制备了一系列钌基氨合成催化剂,在10.0 MPa,10000 h-1和400 ℃的条件下进行了氨合成活性评价. 结果表明,超声波处理可有效除去活性炭表面的杂质,提高中孔比表面积占BET比表面积的比例. 超声波处理50 min的活性炭表面的杂质含量较低,中孔比表面积适中,以其为载体制备的钌基催化剂的活性较高,催化氨合成反应速率可达94.8 mmol/(g·h).     

Ru基氨合成催化剂石墨化炭载体的制备

采用X射线衍射、N2物理吸附和程序升温脱附-质谱等表征手段考察了活性炭经Ar气保护下高温石墨化、O2-N2混合气氧化和HNO3处理后孔结构及表面基团的变化.结果表明,活性炭在惰性气氛中高温处理能够部分石墨化,且温度越高,石墨化程度越高.高温处理后的活性炭纯度和稳定性提高,但其比表面积大幅度减小.进一步的氧化扩孔处理能在一定程度上恢复石墨化活性炭的比表面积和孔结构.随后的HNO3处理可以使石墨化活性炭表面的含氧基团增加,改变载体的浸润性能,有利于催化剂活性组分的分散及催化活性的提高.     

Ru 前驱体对 Ru/MgO-CeO2 氨合成催化剂性能的影响

 分别以 K₂RuO₄, Ru(Ac)₃ 和 RuCl₃ 为 Ru 前驱体, 制备了 Ru/MgO-CeO₂ 催化剂, 并运用 X 射线衍射、X 射线荧光光谱, CO 吸附、N₂ 物理吸附和 H₂程序升温还原等技术对催化剂进行了表征, 考察了 Ru 前驱体对 Ru/MgO-CeO₂ 催化剂氨合成性能的影响. 结果表明, Ru 前驱体对载体 MgO-CeO₂ 和 Ru 的还原性能、氯残留量和催化剂比表面积的影响都很大, 从而导致催化剂的氨合成性能的不同. 其中以 K₂RuO₄ 为 Ru 前驱体制备的催化剂的载体和 Ru 容易还原, 无氯离子, 且比表面积较高, 因而催化剂活性和氨合成转换频率较高. 在 10 MPa, 425 °C, 10 000 h^-1 条件下, K₂RuO₄, Ru(Ac)₃ 和 RuCl₃ 作前驱体制备的催化剂上氨合成转换频率比为 1.33:1.05:1.     

超声法制备掺钡纳米氧化镁及其负载钌基氨合成催化剂的催化性能

采用超声技术制备掺钡纳米氧化镁,并以其为载体,以Ru3(CO)12 为前驱体,采用浸渍法制备了一系列钌基氨合成催化剂. 采用场发射扫描电镜、 X射线衍射和N2物理吸附等表征手段,考察了催化剂的表面形貌、物相和表面织构性质. 在400～450 ℃的条件下评价了催化剂对氨合成的催化活性. 结果表明,以超声技术制备的掺钡纳米氧化镁有较大的比表面积和较规则的孔道结构,并增强了钡、镁之间的相互作用,使钡更均匀地分散于载体中,极大地提高了钡的促进作用,从而使其负载的钌基催化剂的活性大幅度提高. 当超声作用为时间30 min时,在10 MPa, 425 ℃和空速 10 000 h-1 的条件下, 4%Ru/Ba-MgO催化剂上的氨合成反应速率达到61.02 mmol/(g·h).     

i氨合成催化剂的研究进展*

高稳定性、高活性、低成本的氨合成催化剂的研究已成为新的研究热点。本文从载体的制备和改性方法、钌活性组分还原与负载、助剂的机理及其作用等方面简要地介绍了氧化物负载钌催化剂的最新研究进展,此外,结合密度泛函理论的计算和实验研究成果,介绍了合金型催化剂特别是熔铁型合金催化剂、氮化物金属合金体系及负载型多金属氨合成催化剂的研究现状,指出了氧化物负载钌催化剂及合金型催化剂研究存在的一些问题并展望了氨合成催化剂的发展前景。     

活性炭负载钌基氨合成催化剂的制备和催化活性

A series of active carbon supported ruthenium based catalysts, promoted by alkali and alkaline earth nitrate, are prepared by impregnation method and with RuCl 3·3H 2O as precursor. Effects of support, promoter and preparation conditions on catalytic activity are discussed. The catalytic activity is evaluated with a fixed bed micro reactor at lower pressure. The results show that the impregnation sequence affects the catalytic activity obviously. Ba Ru K/C is the preferred impregnation sequence. And effects of nature, producing area and pre treatment of the support on catalytic activity are also examined. Catalytic activity increases with the amount of Ru deposited on the support, it attains maximum when Ru loading is 8%. Optimal molar ratio of promoter to Ru is 10.