氧化态Co/γ-Al2O3催化剂的结构与反应性能研究Ⅰ. 活性及体相、表相结构表征

采用等量浸渍法, 制得500、 600、 750和950 ℃焙烧的Co/γ-Al2O3催化剂; 考察了它们对CO氧化和乙烯选择还原NO的反应性能; 用XRD和XPS方法表征了催化剂的体相与表相结构. 活性测试结果表明, 随焙烧温度升高, 样品对CO的氧化活性呈下降趋势; 对乙烯选择还原NO反应, 活性先上升, 而后又有所下降(当焙烧温度高于750 ℃时). 从硝酸钴制得的样品, 其氧化活性要高于从醋酸钴制得的样品, 但对乙烯选择还原NO, 后者的活性更好. 结构表征结果表明, 催化剂中钴物种的存在形式与原料盐类及焙烧温度密切相关. 在Co/γ-Al2O3催化剂中主要存在两种钴相, 即Co3O4和非化学计量的CoxAl(8/3-2x/3)O4尖晶石相, 前者为完全氧化活性中心, 后者是NO选择还原的活性中心. 在相同焙烧温度下, 以醋酸钴为原料时, 更容易形成CoxAl(8/3-2x/3)O4尖晶石相. 随着焙烧温度提高, 活性组分与载体的相互作用加强, Co3O4相逐步向CoxAl(8/3-2x/3)O4尖晶石相转化, 这可能是样品氧化活性下降和选择还原活性升高的主要原因. 在更高焙烧温度下, 随着CoxAl(8/3-2x/3)O4尖晶石相颗粒度的增加和晶形改变, 以及钴离子由表相向体相的迁移, 使样品比表面积下降, 表面氧空位及活性位减少, 从而导致样品对乙烯选择还原NO的活性下降.     

氧化态Co/γ-Al_2O_3催化剂的结构与反应性能研究.钴物种微观结构的XAFS表征

采用 X-射线吸收近边结构 ( XANES)和扩展 X-射线吸收精细结构 ( EXAFS)技术 ,对用不同原料盐和不同焙烧温度制得的 Co/γ- Al2 O3催化剂中钴的微观结构进行了详细的表征 .XANES结果表明 ,以硝酸盐为原料盐于50 0℃焙烧的样品 Co( N) - 50 0 ,其 Co- K边的近边结构与标样 Co3O4 相似 ,而其它样品的近边结构则与标样Co Al2 O4 相似 .随焙烧温度提高 ,在吸收边前的弱吸收峰 ( 1 s→ 3d)逐渐增强 ,在吸收阈值处 ,主吸收峰 ( 1 s→ 4p)的分裂变得更明显 .950℃焙烧的样品 ,在主吸收峰上升过程中出现了肩峰 ( 1 s→ 4s) .这些特征表明 ,样品中钴主要以 Co2 + 离子形式存在 ,钴离子与载体作用的加强 ,使非化学计量的尖晶石相在结构上与化学计量的 Co Al2 O4 越来越接近 .EXAFS结果表明 ,样品 Co( N) - 50 0中 ,钴主要以 Co3O4 的形式存在 .其第一配位壳层 Co- O配位数明显低于标样 Co3O4 ,说明该相具有较高的分散性 .其它所有样品中 ,钴主要以非化学计量的尖晶石相存在 ,其第一配位壳层 Co- O配位数随焙烧温度从 50 0℃提高至 950℃ ,与标样 Co Al2 O4 越来越接近 ;相同焙烧温度下 ,从醋酸钴制得的 Co( A)系列样品更容易形成 Co- Al尖晶石相 .XANES和 EXAFS结果很好地说明了前文 [7] 中样品对 CO氧化和乙烯选     

氧化态Co/γ-Al2O3催化剂的结构与反应性能研究Ⅱ.钴物种微观结构的XAFS表征

采用X-射线吸收近边结构(XANES)和扩展X-射线吸收精细结构(EXAFS)技术,对用不同原料盐和不同焙烧温度制得的Co/γ-Al2O3催化剂中钴的微观结构进行了详细的表征.XANES结果表明,以硝酸盐为原料盐于500℃焙烧的样品Co(N)-500,其Co-K边的近边结构与标样Co3O4相似,而其它样品的近边结构则与标样CoAl2O4相似.随焙烧温度提高,在吸收边前的弱吸收峰(1s→3d)逐渐增强,在吸收阈值处,主吸收峰(1s→4p)的分裂变得更明显.950℃焙烧的样品,在主吸收峰上升过程中出现了肩峰(1s→4p).这些特征表明,样品中钴主要以Co2+离子形式存在,钴离子与载体作用的加强,使非化学计量的满面春风晶石丁在结构上与化学计量的CoAl2O4越来越接近.EXAFS结果表明,样品Co(N)-500中,钴主要以Co3O4的形式存在,其第一配位壳层Co-O配位数明显低于标样Co3O4,说明该相具有较高的分散性.其它所有样品中,钴主要以非化学计量的满面春风晶石相存在,其第一配位壳层Co-O配位数随焙烧温度从500℃提高至950℃,与标样CoAl2O4越来越接近;相同焙烧温度下,从醋酸钴制得的Co(A)系列样品更容易形成Co-Al满面春风晶石相.XANES和EXAFS结果很好地说明了前文[7]中样品对CO氧化和乙烯选择还原NO反应的活性规律.     

钴负载量和焙烧温度对F-T合成用Co/Al_2O_3催化剂活性的影响

对用于F T合成制液态烃的Co/Al2 O3 催化剂进行了程序升温还原研究 ,确定了合适的还原活化温度 (约6 0 0～ 80 0K) ,同时考察了钴负载量和焙烧温度对催化剂活性的影响 .结果表明 ,钴负载量和焙烧温度对C5+ 收率的影响十分显著 .用CODEX优化软件对钴负载量和催化剂焙烧温度进行了优化 .结果表明 ,比较理想的钴负载量为 11 6 % ,焙烧温度为 6 5 1K .XRD测试结果表明 ,在较高温度焙烧的催化剂由于易生成CoAl2 O4 尖晶石 ,导致催化剂的活性显著降低     

钴负载量和焙烧温度对F-T合成用Co/Al2O3催化剂活性的影响

 对用于F－T合成制液态烃的Co／Al2O3催化剂进行了程序升温还原研究,确定了合适的还原活化温度（约600～800K）,同时考察了钴负载量和焙烧温度对催化剂活性的影响．结果表明,钴负载量和焙烧温度对C5＋收率的影响十分显著．用CODEX优化软件对钴负载量和催化剂焙烧温度进行了优化．结果表明,比较理想的钴负载量为11．6％,焙烧温度为651K．XRD测试结果表明,在较高温度焙烧的催化剂由于易生成CoAl2O4尖晶石,导致催化剂的活性显著降低．     

氧化态Co／γ—A12O3催化剂的结构与反应性能研究：Ⅰ.活性及体相,表相 …

采用等量浸渍法,制得５００、６００、７５０和９５０℃焙烧的Ｃo／γ－Ａ１２Ｏ３催 化剂;考察了它们对ＣＯ氧化和乙烯选择还原ＮＯ的反应性能;用ＸＲＤ和ＸＰＳ方法表征了催化剂的体相与表相结构。活笥测试结果表明,随焙烧温度高于７５０℃时）。从硝酸钴制得的样品,其氧化活性要高于从醋酸钴制得的样品,但对乙９烯选择还原ＮＯ,后者的活笥更好。结构表征结果表明,催化剂中钴物种的存在形式与原料盐类及焙烧温度密切相关。     

金属有机骨架材料MIL-53(Al)负载钴催化剂的CO催化氧化反应性能

采用溶剂法合成了热稳定性高的金属有机骨架材料MIL-53(Al)(MIL:Materials of Institut Lavoisier),用此材料为载体负载钴催化剂用于CO的催化氧化反应,并与Al2O3负载的钴催化剂进行了对比.采用热重-差热扫描量热(TG-DSC)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、N2物理吸附-脱附、透射电子显微镜(TEM)、氢气程序升温还原(H2-TPR)等方法对催化剂的结构性质进行了表征.TG和N2物理吸附-脱附结果表明,载体MIL-53(Al)有好的稳定性和高的比表面积;XRD以及TEM结果表明Co/MIL-53(Al)上负载的Co3O4颗粒粒径(平均约为5.03 nm)明显小于Al2O3上Co3O4颗粒粒径(平均约为7.83 nm).MIL-53(Al)的三维多孔结构中分布均匀的位点能很好地分散固定Co3O4颗粒,高度分散的Co3O4颗粒有利于CO的催化氧化反应.H2-TPR实验发现Co/MIL(Al)催化剂的还原温度低于Co/Al2O3催化剂的还原温度,低的还原温度表现为高的催化氧化活性.CO催化氧化结果表明,MIL-53(Al)负载钴催化剂的催化活性明显高于Al2O3负载钴催化剂,MIL-53(Al)负载钴催化剂在160°C时使CO氧化的转化率达到98%,到180°C时CO则完全转化,催化剂的结构在催化反应过程中保持稳定.     

Co/Hβ催化剂上N_2O的分解性能研究

采用浸渍法制备了Hβ分子筛负载钴氧化物催化剂。考察了催化剂焙烧温度和钴负载量对催化剂催化分解N2O活性的影响,并采用XRD、NH3-TPD、H2-TPR、SEM等手段对催化剂的理化性质进行表征。结果表明,催化剂中的钴物种主要以Co3O4尖晶石型形态存在;催化剂焙烧温度显著影响其酸性和酸量及氧化还原性能,焙烧温度达到700℃后,催化剂中有难还原的Co-Al-O物种生成。焙烧温度和钴负载量对催化剂的催化活性均有影响,焙烧温度为600℃、钴负载量为10%~15%的催化剂催化活性好,N2O分解温度低,t10、t50和t95分别为325~329℃、364~367℃和406~408℃。     

贵金属对钴基催化剂上肉桂醛选择加氢反应的影响

 研究了贵金属改性的Co／γ－Al2O3催化剂上的肉桂醛选择加氢反应．结果表明，通过Pt，Pd和Ru贵金属改性，提高了催化剂的活性，但只有Pt改性的催化剂具有较高的选择性．w（Pt）＜0．5％时，催化剂的活性随着Pt含量的增加呈直线升高，当w（Pt）＝0．5％时，催化剂活性可提高近5倍，但催化剂的选择性变化很小．XRD结果表明，催化剂经还原后，γ－Al2O3上的钴主要为α－Co0．TPR结果表明，Pt的加入提高了Co3O4的还原性能，且Pt含量越高，Co3O4的还原温度越低．XPS结果表明，Pt改性的催化剂样品，其Co3O4大部分被还原为Co0．由于Pt与Co具有协同效应，故Pt改性的Co／γ－Al2O3催化剂既具有较高的活性，又具有很高的选择性．     

Co/γ-Al2O3催化剂上CO氧化反应的研究

以浸渍法与沉积沉淀法制备了不同Co负载量的Co／γ-Al2O3催化剂，研究了对CO的催化氧化行为,考察了Co含量，焙烧温度，反应温度等对催化剂氧化性能的影响，结果表明，沉积沉淀法制备400℃焙烧的负载量为10％的Co／γ-Al2O3在90℃就能够实现CO完全氧化，且热稳定性比浸渍法制得催化剂好．本文还采用XRD、TPR、XPS等技术，分别研究了Co／γ-Al2O3样品的晶相结构，还原性能及表面化学状态.XRD结果表明，以硝酸盐为前驱物的Co负载于γ-Al2O3后，Co主要以Co3O4结构存在，反应的活性相Co3O4的生成有利于CO催化氧化，且以不同制备方法得到的样品中Co3O4晶粒大小不同，催化活性也不同．TPR结果表明，以沉积沉淀法制备催化剂的还原峰向低温移动，CoOx的还原更加容易．XPS表面分析表明沉淀法制备的Co／γ-Al2O3样品中，Co3O4在载体表面富集．     

Co-Mg/Al类水滑石衍生复合氧化物上N2O催化分解的研究

恒定二价与三价阳离子比为3((nCo+nMg)/nAl=3), 采用共沉淀法制备不同Co含量的系列类水滑石前驱物CoxMg3-xAl-HT(x=0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3), 经焙烧得到其衍生复合氧化物催化剂CoxMg3-xAlO. 采用XRD、BET、TG-DSC和TPR等表征手段考察了Co含量对材料前驱物及其衍生复合氧化物组成和结构等方面的影响, 研究了系列CoxMg3-xAlO催化剂的催化N2O分解性能; 同时探讨了反应条件, 如N2O浓度、空速、O2和H2O等因素对催化剂活性的影响. 结果表明, 所有前驱物材料均能形成完整的层状水滑石结构；经高温焙烧后形成了以Co-Al尖晶石为主相的复合氧化物, 且Co掺杂有助于尖晶石相的生成； Co含量对材料的热稳定性、比表面、可还原性和催化分解活性有显著的影响；含Co复合氧化物催化材料存在两个还原峰, 还原过程为Co3+→Co2+→Co；Mg有助于提高催化剂的热稳定性；随着Co含量增加, 催化剂比表面下降, 但比表面不是影响催化剂活性的主要因素； 500 ℃焙烧后的Co2.5Mg0.5AlO催化剂具有较好的N2O催化分解活性；提高前驱物的焙烧温度导致催化剂的活性下降；N2O浓度、空速及O2对催化剂活性的影响较小, 而H2O则对催化剂的活性有较大的影响.     

超高温焙烧的Ni/Al2O3对甲烷部分氧化反应的催化活性

考察了超高温焙烧的Ni/Al2O3对甲烷部分氧化反应的催化性能,发现该催化剂经还原后对甲烷部分氧化反应表现出较高的催化活性.X射线衍射结果显示,Ni/Al2O3催化剂在超高温(1200~1400℃)下焙烧后生成了NiAl2O4,且无相转移,进一步经950℃还原后催化剂中绝大部分Ni以单质Ni0形式存在.透射电子显微镜测试结果表明,不同超高温焙烧的催化剂经950℃还原后Ni晶粒的大小无明显差异.这说明超高温焙烧的Ni/Al2O3对甲烷部分氧化反应的高活性可归结为NiAl2O4的可还原性以及还原后Ni0相似的晶粒尺寸.同时还发现,焙烧温度越高,生成的NiAl2O4的还原温度越高.     

Co/ZrO2催化剂的结构及TPR性能研究

采用XRD和TPR技术研究了CoZrO体系催化剂的物相结构及还原性能,并以CO氧化反应为探针考察了催化剂的氧化活性.结果表明,钴的存在会阻止tZrO₂→混合相→mZrO₂的转变和ZrO₂颗粒的增长;高温焙烧后,部分钴氧化物与载体ZrO₂形成固溶体.Co/ZrO₂催化剂中的钴以Co₃O₄的形式存在,钴锆之间的相互作用有利于钴的分散.随着Co负载量增加,催化剂的CO氧化活性提高.     

富氧条件下Co/MOR 催化剂上甲烷选择催化还原NO

采用浸渍法制备了一系列用于甲烷选择催化还原(CH₄-SCR)氮氧化物的Co/MOR催化剂。采用XRD、BET、TG-MS、H₂-TPR、NH₃-TPD和NO-TPD等手段对催化剂进行表征,并对其在甲烷选择催化还原氮氧化物反应中的活性进行评价。结果表明,钴物种以Co₃O₄尖晶石形态存在于Co/MOR催化剂中;与MOR载体相比,引入钴物种后,催化剂的酸性、氧化还原能力和对NO的吸脱附能力均发生了变化。在甲烷选择催化还原氮氧化物反应中,Co/MOR的催化活性与其氧化还原性能和对NO的吸脱附性能直接相关;其中,Co负载量为10%的Co(10)/MOR催化剂的CH₄-SCR脱硝活性最好,在330℃下NO的转化率达54.2%。     

制备条件对Pd催化剂上C3H6选择性还原NO性能的影响

采用浸渍法和溶胶凝胶法,制备了Pd/AI2O3和Pd/AI2O3-CeO2样品,并测定了不同温度焙烧后催化剂的物相、比表面积及对丙烯选择性还原NO的活性。对于Pd/AI2O3,随着焙烧温度的提高,其NO的最大转化率逐渐下降,对应的反应温度在290－310℃左右,而溶胶凝胶法制备的样品活性略高于浸渍法制备的样品;对于Pd/AI2O3-CeO2,经600℃焙烧后,其NO的最大转化率为22％,900℃焙烧的催化剂样品上NO的最大转化率达到40％左右,对应的反应温度也逐渐下降,说明活性随焙烧温度的提高而明显提高,溶胶凝胶法和浸渍法制备的样品结果很接近,浸渍法制备了若干不同Pd负载量的Pd/AI2O3样品,活性测定的结果表明,Pd含量在0．5％左右的催化剂样品中具有最高的活性。     

Redox property of Co3O4/CeO2 and the effect of reaction conditions on its performance in CO oxidation

采用沉淀氧化法制备了Co3O4/CeO2催化剂.运用XRD、BET和TPR表征手段,考察了不同钴铈比及焙烧温度对钴铈复合氧化物物理及化学性能的影响,并分别在干、湿条件下进行了一氧化碳氧化反应研究.结果表明,与纯的Co3O4相比,在不同比例的Co3O4/CeO2均经723 K焙烧的各种催化剂中,钴铈原子比为9∶1的复合氧化物粒径较小,比表面积较大,说明适当比例铈的添加能使Co3O4具有较小的粒径.此氧化物经538 K温度焙烧制得的钻铈比为9∶1的复合氧化物中Co3O4平均粒径为7.2nm,BET比表面积为167.6 m2/g.经TPR考察发现其具有最优的氧化还原性能.     

CuMnCeLa-O/γ-Al2O3催化剂助燃脱硝性能研究

采用等体积浸渍法制备了Cu Mn-O/γ-Al_2O_3、Cu Mn Ce-O/γ-Al_2O_3和Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂.用XRD、BET、SEM、XPS和H_2-TPR技术对其物相和表面性质进行了表征.在连续固定床微反装置上评价了催化剂的CO+O_2和CO+NO反应性能.结果表明,催化剂样品中观测不到Cu O、Mn O_x、Ce O_2和La_2O_3的XRD晶相峰,活性组分在γ-Al_2O_3载体表面呈高度分散状态.Ce、La的引入对催化剂的比表面积、孔容和孔径分布影响不大.SEM谱图中未观测到活性组分的形貌,金属氧化物在载体表面均匀分布.Ce~(3+)!Ce~(4+)之间的可变价转换,引起Cu Mn Ce-O/γ-Al_2O_3催化剂表相Cu O中具有非完整结构的[Cu~(2+)_(1-x)Cu_x~+][O_(1-2)1_x□1_(2x)]增多,Cu~+/Cu~(2+)比例增大,表相氧空位增多,H_2-TPR还原峰温度向低温区偏移.Ce~(4+)、La~(3+)之间不平衡电荷以及共生过程中Cu-Mn-Ce-La-O之间的强相互作用,加大了Cu O和Mn O_x结构的不完整性,导致Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂样品表相产生更多的Cu~+、Mn~(2+)、Mn~(3+)和氧空位,相应的H_2-TPR还原峰温度进一步向低温区偏移.催化氧化CO和CO催化还原NO实验结果表明,在反应空速20 000 h~(-1),350℃反应温度下,Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂CO催化还原NO反应的CO转化率达到88.2%,NO转化率达到了96.1%,表现出了较好的氧化还原活性.     

钴铝复合氧化物同时催化去除碳烟和氮氧化物

以稳态共沉淀法合成的含Co类水滑石为前驱物, 制备了具有介孔结构的复合氧化物催化剂(CAO), 采用程序升温反应技术评价了催化剂同时去除碳烟和氮氧化物的性能, 并用ICP, BET, SEM和XPS等手段分析了材料结构和催化性能的关联. 结果表明, 催化剂呈现钴尖晶石相, 材料表面除了存在与金属键合的晶格氧外, 还有大量的吸附氧. Co/Al摩尔比和焙烧温度影响催化剂的活性, 当Co/Al摩尔比为4和焙烧温度为800 ℃时制备的4CAO-800是一种综合性能良好的催化剂, 具有较低的起燃温度(t_i=290 ℃), 生成N₂的选择性较高(S_N2/C=3.5%). 在同时去除碳烟和NO_x反应中, 碳烟的催化燃烧过程可能存在溢流机理和氧化还原机理协同作用.     

乙醇水蒸气重整Co/CeO2催化剂

 采用共沉淀法制备了Co/CeO2催化剂并将其应用于乙醇水蒸气重整制氢反应,考察了活性组分含量和焙烧温度对催化剂性能的影响. 结果表明,在原料气水∶乙醇∶N2摩尔比为3∶1∶16, 空速为40 L/(g·h)和反应温度为350～600 ℃的条件下, 经650 ℃焙烧的10%Co/CeO2催化剂对乙醇水蒸气重整制氢反应具有高活性和高选择性. 在500 ℃下进行的40 h稳定性测试中,该催化剂上的乙醇转化率始终接近100%, 反应后气体中的H2含量保持在65%左右. X射线衍射表征结果显示,焙烧后催化剂的主要物相组成为Co3O4和CeO2, 二者之间存在相互作用. Co/CeO2催化剂中钴的主要存在形式包括小晶粒的钴氧化物、大晶粒Co3O4和进入CeO2晶格的钴,Co3O4含量和焙烧温度的改变可影响催化剂中钴的存在形式. 由催化剂中高分散小晶粒的钴氧化物还原所得的金属钴是关键的活性组分.     

CoCr2O4型催化剂上二氯甲烷的高效催化燃烧

采用共沉淀法在不同焙烧温度下制备一系列尖晶石型CoCr2 O4催化剂并测试其对CH2 Cl2催化燃烧性能．制备的催化剂都具有高的反应活性,并发现其性能受到表面酸性和氧化还原性的协同作用．经600℃焙烧的CoCr2 O4-6催化剂因其具有较高的表面酸量（0．46 mmol·gcat－1）和较高表面吸附氧浓度（Oads／Olat＝0．55）,因此活性最佳,其T50为201℃,T90为278℃．由XRD等结构表征可知该催化剂含CoCr2 O4和 Cr2 O3两相,但CoCr2 O4尖晶石是该催化剂的主要活性组分．