甲烷氧化偶联Na-W-Mn/SiO2催化剂的喇曼光谱

Ｎａ Ｗ Ｍｎ／ＳｉＯ２ 是甲烷氧化偶联反应的最好催化剂之一．该体系不仅具有良好的活化甲烷能力和Ｃ２ 烃选择性,且具有较好的稳定性并适合于加压反应 ［１ -３］．对于该催化剂,我们用不同的表征手段做了大量的研究,对各组分的作用及甲烷的活化机理都有了较深入的认识．我们也曾用Ｒａｍａｎ光谱对该体系进行过研究［４,５］,但由于焙烧过程中载体结构及伴随的振动光谱变化,使谱峰的解析出现错误,将载体结构变化出现的新峰归属成了钨氧四面体的畸变．最近我们在确认载体振动光谱及其变化的基础上又对该体系进行了细致的研究,确…     

甲烷在MnOx／SiO2催化剂上氧化偶联反应的研究

本文研究了催化剂MnOx/SiO_2在改进为连续进料反应条件下的催化活性及其催化反应机理.实验结果表明;锰负载量升至10(Wt)%时,甲烷转化率和C_2选择性均最高;进一步增大锰负载量时,催化剂中Mn_3O_4晶相形成,此时催化活性开始下降,说明催化剂中形成的硅酸锰盐与甲烷氧化偶联反应直接关联.反应初期,催化反应活性较高,但C_2选择性较低,反应几小时后,活性有所下降,但C_2选择性提高,最后.活性和选择性趋近稳定.进一步研究表明:催化剂中Mn~(2+)配位环境从反应前的八面体中介场转变为四面体强场,而且催化剂中Mn~(2+)浓度增大约100倍,说明Mn~(2+)浓度提高有利C_2选择性提高.反应稳定后的催化剂表面观察到Carbide(282.9 eV)和CHx(a)(X=0-3)(284.5 eV)碳物种存在,说明甲烷在催化剂表面吸附并分解:CH_4(g)→CH_3(a)→一CH_2(a)→→→Carbide,并讨论了甲烷通过CHx(a)在催化剂表面上迁移,直接偶联生成乙烯(X=2)和乙烷(X=3)的可能性.     

甲烷在SrO-La2O3/CaO催化剂上的氧化偶联Ⅱ.反应动力学的研究

在２０％Ｌａ２Ｏ３／ＣａＯ（ＬＣ）催化剂中添加ＳｒＯ（添加ＳｒＯ的ＬＣ以ＳＬＣ表示）明显地提高了反应活性和Ｃ２选择性。反应动力学研究表明，ＬＣ和ＳＬＣ催化剂在甲烷氧化偶联反应中，在表观活化能和表观反应级数上存在很大的差异。ＬＣ催化剂在ＣＨ４转化以及Ｃ２和ＣＯｘ形成过程中，表观活化能大于ＳＬＣ催化剂，而ＳＬＣ催化剂的指前因子小于ＬＣ体系，两者存在着补偿形象。ＳＬＣ催化剂的反应速率常数比ｋｃ２／ｋＣＨ     

甲烷氧化偶联反应催化剂碱性与反应性能的相关性

在催化剂甲烷氧化偶联反应性能研究的基础上，利用ＣＯ２－ＴＰＤ技术考察了不同的碱金属化合物－Ｌａ２Ｏ３／ＢａＣｏ３催化剂的表面碱性。结果表明，ＢａＣＯ３的协同作用，碱金属化合物的添加都增大了催化剂表面碱性的强度，也增加了碱性位的数量。     

La-Ba-Sm体系催化剂上的甲烷氧化偶联

用甲烷氧化偶联反应评价了不同方法制备的Ｌａ－Ｂａ－Ｓｍ体系催化剂，结果表明，用机械混合Ｌａ２Ｏ３，Ｂａ（ＯＨ）２．８Ｈ２Ｏ和Ｓｍ２Ｏ３三组分及高温焙烧方法制备的催化剂，从Ｃ２收率和选择性总体看，较其它方式优越，在催化剂（ＩＶ）上进行了５００ｈ的稳定性实验，在整个过程中，催化剂的活性和选择性基本稳定；催化剂的起动温度较低，在较宽的温度范围内易于控制对工业生产意义较大，通过ＸＲＤ，ＸＰＳ，ＩＲ，ＳＥＭ     

Na^+/CaO催化剂上的甲烷氧化偶联

研究了不同碱金属离子对CaO的促进作用,发现以Na~+的添加效果最好。在此基础上,研究了不同含钠化合物对CaO的促进作用,并用脉冲反应技术研究Na~+/CaO催化剂表面氧物种的特性及其作用。CaO表面上存在非选择性氧化的氧物种。Na~+对CaO的修饰作用是抑制非选择性氧化。当表面上的非选择性氧化的氧物种消耗后,体相的晶格氧会向表面迁移,以补充消耗掉的表面氧物种。消耗掉的表面氧物种也可由气相氧补充。CH_4脉冲和混合气脉冲说明仅靠[Na~+O~-]中心不足以使甲烷转化成C_2产物,必须有气相氧的参与才能使甲烷转化成C_2产物。     

碱金属氟化物/La2O3催化剂上的甲烷氧化偶联

研究了碱金属氟化物添加剂对Ｌａ２Ｏ３的甲烷氧化偶联反应催化性能的影响，发现ＮａＦ的促进效应最明显，还研究了ＮａＦ含量对催化剂 批表面积、活性选择性的影响，发现催人上比表面积与活性存在着对应关系，温度改变，催化剂的活性选择性了将随之发生变化，在１０７３Ｋ，Ｃ２收率达到最大值，约１８．０％，应用ＸＲＤ，ＸＰＳ等技术对反应前后催化剂的表面组成和结构进行了表征。     

CaO／La2O3催化剂上的甲烷氧化偶联反应的研究

研究了不同配比的ＣａＯ／Ｌａ_２Ｏ_３催化剂对甲烷氧化偶联反应的催化性能。适当配比的ＣａＯ／Ｌａ_２Ｏ_３催化剂的性能明显优于纯Ｌａ_２Ｏ_３或ＣａＯ，在钙含量为２４％和８１％（Ｃａ／（ｃａ＋Ｌａ））处，Ｃ_２选择性和Ｃ_２收率分别出现两个峰值。同时还发现，１３％ＣａＯ／Ｌａ_２Ｏ_３样品显示出良好的低温催化性能，在５５０℃反应温度下获得了３１．５％的甲烷转化率和４５％的Ｃ_２选择性。并采用ＸＲＤ、ＸＰＳ和Ｃｏ_２ＴＰＤ等技术研究了催化剂的结构。结果表明，ＣａＯ／Ｌａ_２Ｏ_３体系催化剂上没有检测到新物相产生。但是，催化剂中ＣａＯ与Ｌａ_２Ｏ_３两组分之间存在着相互作用，有利于表面活性中心的形成。     

Reaction Chemistry of W—Mn／SiO2 Catalyst for the Oxidative Coupling of Methane

Reaction chemistry of the OCM reaction on W-Mn/SiO2 catalyst has been reviewed in this account.Initial activity and selectivity,stability in a long-term reaction,reaction at elevated pressures and a modelling test in a stainless-steel fluidized-bed reactor show that W-Mn/SiO2 has promising performance for the development of an OCM process that directly produces ethylene from natural gas.A study on surface catalytic reaction kinetics and used cataly st structure characterization revealed a possible reason why C2 and COx selectivity changed during the long-term reaction.Further improvement of the catalyst composition and preparation metbod should be a future direction of study on OCM reaction over W-Mn/SiO2 catalyst.     

Oxidative Coupling of Methane over Na-W-Mn/Si0_2 Catalysts at Elevated Pressures

Na-Mn-W/SiO2 catalysts were studied for the oxidative coupling of methane (OCM) in a micro fixed bed reactor made of stainless steel reactor at elevated pressures. The effect of operating conditions, such as GHSV, pressure, temperature and CH4/O2 ratio on the catalytic performance of OCM was investigated. The C2+ selectivity of 80.3% was obtained at a CH4 conversion of 16.1% at 750℃, 1.5×105h-1 GHSV, and 0.6 MPa. Also, there is a small output of C3 and C4 hydrocarbons in the tail gas. The results show that unfavorable effects due to elevated pressure can be overcome by increasing GHSV, and the OCM reaction is strongly dependent on the operating conditions at elevated pressures, particularly GHSV and the CH4/O2 ratio.     

Oxidative Coupling of Methane over Na-W-Mn/SiO2 Catalysts at Elevated Pressures

Na-Mn-W/SiO2 catalysts were studied for the oxidative coupling of methane (OCM) in a micro fixed bed reactor made of stainless steel reactor at elevated pressures. The effect of operating conditions, such as GHSV, pressure, temperature and CH4/O2 ratio on the catalytic performance of OCM was investigated. The C2+ selectivity of 80.3% was obtained at a CH4 conversion of 16.1% at 750℃,1.5× 105h-1 GHSV, and 0.6 MPa. Also, there is a small output of C3 and C4 hydrocarbons in the tail gas. The results show that unfavorable effects due to elevated pressure can be overcome by increasing GHSV, and the OCM reaction is strongly dependent on the operating conditions at elevated pressures,particularly GHSV and the CH4/O2 ratio.     

CeO2/SiO2的制备及丁烯异构化动力学

用浸渍法制备CeO2／SiO2催化剂.催化剂灼烧温度在300－500℃时2－丁烯异构化活性保持一常数；600℃灼烧时活性下降,活载比在1／32－1／5范围内，随活载比增加催化剂活性呈线性增加．在2－丁烯分压较低时，t－2－丁烯及c－2－丁烯异构成1－丁烯的反应级数接近于一级．1－丁烯分压较大时1－丁烯异构成t－2－丁烯及c－2－丁烯的动力学服从于反应物、反应产物吸附的L－H动力学方程．用正交设计法估计动力学参数．1－丁烯、t－2－丁烯及c－2－丁烯吸附热的估计值与脉冲法测定值一致．     

甲烷在W-Mn体系催化剂上氧化偶联制乙烯

本文报导了w-Mn体系催化剂的甲烷氧化偶联反应性能,详细考察了反应条件对1.9wt％Mn—5wt％Na_2WO_4/SiO_2(W—34)催化剂反应性能的影响,并用XRD、BET、EPR、UV-DRS等方法对该催化剂进行了表征。结果表明,该催化剂具有较好的甲烷氧化偶联反应性能,在T=800C,甲烷空速=36,000ml·g~(-1)·h~(-1),CH_4:O_2:N_2=3:1:2.6的最佳实验条件下,其甲烷转化率为36.8％,C_2烃收率达到23.9％;研究还表明,C_2H_6,CO_2是CH_1氧化的一次产物,C_2H_4主要由C_2H_6脱氢而来,而CO则可能主要来源于C_2烃的表面深度氧化,催化剂的结构研究表明,在该催化剂中,w是以Na_2WO_4形式存在,Mn则以Mn_2O_3形式存在,而SiO_2已由无定型结构转变成u-方石英;W、Mn、Si之间没有形成新的化合物。     

Rh/SiO_2和Rh/NaY催化剂上合成气反应的高压原位红外光谱研究

采用高压原位FT -IR技术 ,对比研究了CO加H2 反应条件下Rh/SiO2 和Rh/NaY催化剂表面反应中间物种 .在Rh/SiO2 表面上 ,无论在常压还是在 1.0MPa合成气中 ,只观察到线式和桥式吸附CO .而在常压合成气中 ,Rh/NaY上不仅存在上述CO吸附物种 ,而且还有孪生型的Rh(I) (CO) 2 和少量Rh6 (CO) 16 ;当合成气压力升至 1.0MPa后 ,Rh(I) (CO) 2 迅速转化成Rh6 (CO) 16 和在 2 0 42cm-1产生吸收的单核羰基Rh物种 ,与此同时催化剂表面还生成了单齿和双齿乙酸根物种 ;这些在高压下生成的物种在合成气压力重新降回到常压时依然稳定存在 .研究Rh/NaY上合成气反应表面物种与H2 的反应行为表明单齿乙酸根很可能是反应的活性中间物 .这些结果说明Rh/NaY催化剂在高压合成气中的重构是诱发选择生成乙酸反应的基础     

甲烷氧化偶联Na2WO4-Mn/SiO2催化剂热效应的研究

采用固定床微型反应装置,研究了甲烷氧化偶联反应过程中Na2WO4-Mn/S iO2催化剂床层的热效应和催化性能的关系,考察了反应炉温、CH4/O2比和反应气体空速对催化剂床层热点分布的影响.研究结果表明,甲烷氧化偶联催化剂床层的热效应强烈依赖于反应条件.反应炉温越高,CH4/O2比越低,反应气体空速越大,催化剂床层的热点温度越高.结合催化性能和热效应关系的研究,为优化甲烷氧化偶联的反应操作提供了实验依据.     

CO和NO在Rh2-V/SiO2催化剂上共吸附的红外光谱

应用CO和NO吸附态原位红外光谱方法研究了还原态Rh2／SiO2，Rh2－V／SiO2催化剂上的活性中心铑的状态和助剂钒的作用. Rh2催化剂用Rh2（CO）4Cl2化合物制备. 在还原Rh2／SiO2催化剂上，CO吸附出现四个红外吸收峰：2085，2028cm－1（孪生态吸附RhⅠ（CO）2），2060cm－1（线式吸附RhⅡCO），1867cm－1（桥式吸附RhⅢ2CO）．在还原Rh2－V／SiO2催化剂上，CO在RhⅡ和RhⅢ中心上的吸附峰大大减弱，可以解释为Rh°向钒离子转移电子生成了带正电荷的铑中心（Rhδ＋）；同时RhⅠ（CO）2键能增加，降低了孪生CO被NO置换的程度。     

Catalytic Oxidation of Methane to C2‐C4 Hydrocarbons over CeO2 Promoted W‐Mn/SiO2 Catalysts at Higher Pressure

CeO₂‐promoted Na‐Mn‐W/SiO₂ catalyst has been studied for catalytic oxidation of methane in a micro‐stainless‐steel reactor at elevated pressure. The effect of operating conditions, such as GHSV, pressure and CH₄/O₂ ratio, has been investigated. 22.0% CH₄ conversion with 73.8% C₂‐C₄ selectivity (C₂/C₃/C₄ = 3.8/1.0/3.6) was obtained at 1003 K, 1.5 × 10⁵ h^?;1 GHSV and 1.0 MPa. The results show: Elevated pressure disadvantages the catalytic oxidation of methane to C₂‐C₄ hydrocarbons. Large amounts of C₃ and C₄ hydrocarbons are observed. The unfavorable effects of elevated pressure can be overcome by increasing GHSV; the reaction is strongly dependent on the operating conditions at elevated pressure, particularly dependent on GHSV and ratio of CH₄/O₂. Analyses by means of XRD, XPS and CO₂‐TPD show that CO₂ produced from the reaction makes a weakly poisoning capacity of the catalyst; information of changeful valence on Ce and Mn was detected over the near‐surface of the Ce‐Na‐W‐Mn/SiO₂ catalyst; the existence of Ce³⁺/Ce⁴⁺ and Mn²⁺/Mn³⁺ ion couple supported that the reaction over the catalyst followed the Redeal‐Redox mechanism. Oxidative re‐coupling of C₂H₆ and CH₄ in gas phase or over surface of catalyst produces C₃ or C₄ hydrocarbons.     

ZnO对Au-Pd/CeO_2催化剂甲醇部分氧化制氢性能的影响

采用沉积沉淀法制备了Au-Pd双金属催化剂, 研究了ZnO对Au-Pd/CeO_2催化剂甲醇部分氧化性能的影响, 并运用N_2吸附、 XRD、 UV-Vis、 TPR、 H2-TPD和CO-IR等手段对催化剂进行了表征. 结果表明, ZnO的引入减少了Pd活性中心, 降低了催化剂的活性, 但提高了催化剂H2选择性和降低了CO选择性. Au-Pd/ZnO-CeO_2催化剂的TPR表明, 在约200℃时开始有部分ZnO被还原, CO-IR显示CO吸收峰移向低频, 这些结果表明Au-Pd/ZnO-CeO_2催化剂中Pd和Zn之间发生了相互作用. Pd和Zn之间相互作用抑制了Pd的甲醇分解活性, 有利于H2和CO_2的生成, 使Au-Pd/ZnO-CeO_2催化剂表现出较高的H2选择性和较低的CO选择性.