球磨时间对浆态床CO甲烷化Ni-Al_2O_3催化剂性能的影响

结合行星式球磨机,采用低温固相法制备Ni-Al_2O_3催化剂,考察了球磨时间对Ni-Al_2O_3催化剂晶相结构(XRD)、还原特征(H2-TPR)、孔道结构(BET)、粒径分布(PSD)、表面形貌(SEM)和浆态床CO甲烷化性能的影响.结果表明,球磨时间为60 min,催化剂(CT-60)平均粒径最小,为141 nm;比表面积最大,为329 m2/g.随球磨时间延长,Ni-Al_2O_3催化剂的甲烷化性能(CO转化率、CH_4选择性和CH_4收率)均先增加后减少.其中,球磨时间为60 min制备的催化剂(CT-60)甲烷化性能最佳,其CO转化率、CH_4选择性和CH_4收率分别达87.9%、8 6.8%和74.3%.结合催化剂表征可知,CT-60优异的性能与其具有较小的颗粒尺寸(141 nm)和较大的比表面积(329 m2·g-1)有很大的关联.即,催化剂颗粒尺寸越小,比表面积越大,其性能越好.     

焙烧条件对浆态床CO甲烷化Ni-Al2O3催化剂性能的影响

结合行星式球磨机,采用机械化学法制备Ni-Al₂O₃催化剂,考察了焙烧温度和焙烧时间对Ni-Al₂O₃催化剂晶相结构、还原特征、孔道结构和浆态床CO甲烷化性能的影响。通过XRD、H₂-TPR、BET、XPS和TPH等方法对反应前后催化剂进行表征。结果表明,焙烧温度从350℃升高到700℃,活性前体NiO仍在载体表面高度分散,催化剂还原峰温向高温方向偏移。其中,450℃条件下焙烧所获得的cat-450试样比表面积最大,为350 m²/g。评价结果显示,焙烧温度从350℃升高到700℃,CO转化率、CH₄选择性和收率均呈先升高后降低的趋势,于450℃达到最大值,分别为97.8%、88.2%和86.2%。另外,焙烧时间对催化剂的还原性能影响较小,对载体Al₂O₃的晶相结构有一定影响。随焙烧时间延长,CO转化率稍有降低,而后增大;焙烧时间为4 h,CH₄选择性和收率均较大。     

燃料对燃烧法制备Ni-Al_2O_3催化剂结构及浆态床甲烷化催化性能的影响

分别采用浸渍燃烧法和共燃烧法制备了一系列Ni-Al_2O_3催化剂,并对催化剂进行了表征,研究了燃料种类对不同方法制备的催化剂结构及浆态床CO甲烷化性能的影响.结果表明,以尿素、甘氨酸和乙二醇为燃料时,采用浸渍燃烧法制备的Ni-Al_2O_3催化剂织构性质均与载体相近,各催化剂金属Ni分散度和Ni晶粒相差不大,甲烷化性能接近,在260℃反应温度下CO转化率在80.1%~83.5%之间.而共燃烧法制备的Ni-Al_2O_3催化剂受燃烧过程影响明显,以甘氨酸和乙二醇为燃料时制得的催化剂比表面积较小,金属Ni分散度低且Ni晶粒较大,因而甲烷化活性较低;以尿素为燃料制备的催化剂比表面积大且Ni晶粒较小,CO转化率和CH_4选择性分别达到84.7%和91.1%.     

柠檬酸凝胶法合成Ni-ZrO_2催化剂及其低温浆态床甲烷化性能研究

采用柠檬酸凝胶法制备不同温度焙烧的Ni-ZrO_2催化剂,考察了催化剂的表面性质和结构对低温浆态床CO甲烷化性能的影响.结果表明,随着焙烧温度的升高,催化剂的比表面积和孔容逐渐减小,金属Ni分散度先增加后减小,Ni晶粒先减小后增大.450℃焙烧的Ni-ZrO_2催化剂金属Ni分散度最高、Ni物种与载体ZrO_2的相互作用最强、对反应物CO分子的吸附作用适中且脱附量大,在260℃、1.0 MPa和H_2/CO摩尔比为3的条件下,CO转化率达到61.6%,且催化活性稳定,750℃焙烧的催化剂反应后金属Ni团聚且晶粒长大,导致催化剂失活.     

助剂对Ni基催化剂结构及甲烷化性能的影响

本文采用等体积浸渍制备了掺杂不同金属助剂改性的Ni基催化剂,考察了其催化浆态床CO甲烷化的性能。通过XRD、H2-TPR、HR-TEM等表征对催化剂进行了分析,结果表明,掺杂Zr、Co、Ce、Zn、La助剂促进了Ni物种在载体表面的分散,减小了Ni的晶粒尺寸,降低了催化剂的还原温度;掺杂Mg助剂则导致催化剂的还原温度升高。浆态床活性评价结果表明,掺杂Zr、Co、Ce、Zn、La助剂提高了催化剂的甲烷化性能,其中以La助剂的效果最明显,通过对La负载量进一步优化后发现,当La负载量为8%时,催化剂的甲烷化催化性能最优,CO转化率、CH4选择性和时空收率分别达到96.3%、87.1%和179.6 g·kg-1·h-1;掺杂Mg助剂则降低了催化剂的甲烷化活性。     

助剂对Ni基催化剂结构及甲烷化性能的影响

本文采用等体积浸渍制备了掺杂不同金属助剂改性的Ni基催化剂,考察了其催化浆态床CO甲烷化的性能。通过XRD、H₂-TPR、HR-TEM等表征对催化剂进行了分析,结果表明,掺杂Zr、Co、Ce、Zn、La助剂促进了Ni物种在载体表面的分散,减小了Ni的晶粒尺寸,降低了催化剂的还原温度;掺杂Mg助剂则导致催化剂的还原温度升高。浆态床活性评价结果表明,掺杂Zr、Co、Ce、Zn、La助剂提高了催化剂的甲烷化性能,其中以La助剂的效果最明显,通过对La负载量进一步优化后发现,当La负载量为8%时,催化剂的甲烷化催化性能最优,CO转化率、CH₄选择性和时空收率分别达到96.3%、87.1%和179.6g·kg^-1·h^-1;掺杂Mg助剂则降低了催化剂的甲烷化活性。     

TiO2对Ni/Al2O3催化剂CO甲烷化性能的影响

采用溶胶凝胶法制备了一系列不同TiO₂含量的TiO₂-Al₂O₃复合载体,并通过浸渍法制备了NiO/TiO₂-Al₂O₃催化剂。分别考察了不同TiO₂含量的NiO/TiO₂-Al₂O₃催化剂及反应温度对CO甲烷化催化性能的影响。实验结果表明,当复合载体中TiO₂质量分数为30%,反应温度为350～450 ℃时,催化剂催化活性较高。利用N₂吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)及H₂程序升温还原(H₂-TPR)等手段对催化剂物化性能进行了表征。结果表明,加入适量的TiO₂能抑制镍铝尖晶石NiAl₂O₄物种的生成,改善NiO的表面分散性能,避免大晶粒NiO的形成,也改善了催化剂的还原性能,从而提高催化剂的CO甲烷化活性。     

溶液燃烧法制备的Ni基催化剂及其浆态床甲烷化催化性能

分别以硝酸铝、硝酸氧锆、硝酸镧和硝酸铈为载体前驱体,与硝酸镍和尿素配制水溶液,采用溶液燃烧法制备了Ni-Al2O3、Ni-Zr O2、Ni-La2O3和Ni-Ce O2催化剂,研究了浆态床CO甲烷化催化性能,并进行了低温N2吸附-脱附、XRD、SEM、TEM、H2-TPR和H2化学吸附等表征分析。结果表明,以硝酸铝为前驱体制备Ni-Al2O3催化剂时燃烧火焰稳定且持续时间长,达23 s,样品比表面积(468 m2·g-1)和金属Ni表面积(10 m2·g-1)均较大、Ni粒径小(3~5 nm)且分散度高,CO甲烷化催化活性和稳定性好,CO转化率和CH4选择性分别达到94%和95%,在100 h的甲烷化反应中未出现明显失活;以硝酸氧锆和硝酸镧为前驱体制备样品时未出现明显的燃烧火焰,持续时间仅为12 s和5 s,催化剂比表面积、金属表面积及催化活性均较低;以硝酸铈为前驱体制备样品时燃烧过程迅速而剧烈,样品比表面积(22 m2·g-1)和金属Ni表面积(5 m2·g-1)小、Ni粒径大且分散性差,甲烷化催化性能最差,CO转化率仅为41%,CH4选择性仅为89%。     

溶液燃烧法制备的Ni基催化剂及其浆态床甲烷化催化性能

分别以硝酸铝、硝酸氧锆、硝酸镧和硝酸铈为载体前驱体,与硝酸镍和尿素配制水溶液,采用溶液燃烧法制备了Ni-Al₂O₃、Ni-ZrO₂、Ni-La₂O₃和Ni-CeO₂催化剂,研究了浆态床CO甲烷化催化性能,并进行了低温N₂吸附-脱附、XRD、SEM、TEM、H₂-TPR和H2化学吸附等表征分析.结果表明,以硝酸铝为前驱体制备Ni-Al₂O₃催化剂时燃烧火焰稳定且持续时间长,达23 s,样品比表面积(468 m²·g^-1)和金属Ni表面积(10 m²·g^-1)均较大、Ni粒径小(3~5 nm)且分散度高,CO甲烷化催化活性和稳定性好,CO转化率和CH₄选择性分别达到94%和95%,在100 h的甲烷化反应中未出现明显失活;以硝酸氧锆和硝酸镧为前驱体制备样品时未出现明显的燃烧火焰,持续时间仅为12 s和5 s,催化剂比表面积、金属表面积及催化活性均较低;以硝酸铈为前驱体制备样品时燃烧过程迅速而剧烈,样品比表面积(22 m²·g^-1)和金属Ni表面积(5 m²·g^-1)小、Ni粒径大且分散性差,甲烷化催化性能最差,CO转化率仅为41%,CH₄选择性仅为89%.     

沉淀及老化温度对浆态床合成甲醇CuO/ZnO/Al2O3催化剂活性及稳定性的影响

利用浆态床反应器,考察了沉淀及老化温度对CuO/ZnO/Al₂O₃催化剂催化合成甲醇的活性及稳定性的影响,并用XRD、BET、FT-IR以及XPS等技术对前驱体及催化剂进行了表征。结果表明,前驱体物相主要以孔雀石(Cu₂(CO₃)(OH)₂)和类孔雀石((Cu,Zn)₂(CO₃)(OH)₂)为主,其中,70 ℃沉淀和80 ℃老化条件下制备的前驱体具有适当的结晶度,焙烧后的催化剂中CuO分布均匀,Cu元素的电子结合能位移最大,CuO与ZnO之间作用较强,催化剂的性能最佳,时空收率和失活率分别达到了153.3 g/(kg_cat·h)和1.44%/d。     

高镍负载量Ni/SiO2和低镍负载量Ni-Ce/SiO2催化CO甲烷化的比较研究

采用等体积浸渍法制备了高镍负载量的13%Ni/SiO₂(13Ni/Si)催化剂和低镍负载量的7%Ni-2%Ce/SiO₂(7Ni-2Ce/Si)催化剂.通过N₂物理吸附、XRD、FT-IR、TEM、H₂-TPR/TPD等技术对催化剂进行表征,在连续流动微反装置上考察了催化剂的CO甲烷化活性.结果表明,在7Ni-2Ce/Si催化剂中NiO、CeO₂和SiO₂之间产生的相互作用,改变了Ni-O-Si键的化学环境,促进了氧化镍物种的分散和还原,进而提高了催化剂的活性比表面积,同时在催化剂表面形成了新的中等强度的CO吸附中心.与高镍负载量的13Ni/Si催化剂相比,低镍负载量的7Ni-2Ce/Si表现出更高的CO吸附能力和甲烷化活性.常压下,在CO体积分数1%和空速7 000 h^-1的反应条件下,低镍负载量的7Ni-2Ce/Si催化剂上CO完全甲烷化最低温度为230 ℃,比高镍负载量的13Ni/Si低了30 ℃.     

浆态床中Cu/ZnO/Al2O3/ZrO2+γ-Al2O3双功能催化剂一步法合成二甲醚

采用共沉淀法,制备了纤维状CD501甲醇合成催化剂,采用SEM、TEM、XRD和BET等手段对催化剂进行了表征;并将其进一步和γ-Al₂O₃进行混合,获得了Cu/ZnO/Al₂O₃/ZrO₂+γ-Al₂O₃双功能催化剂,考察了其在浆态床中一步法合成二甲醚过程的催化特性。结果表明,相比商业催化剂(COM)和LP201催化剂,新型的CD501催化剂具有更大的比表面积和Cu/Zn分散性。对于浆态床中一步法合成二甲醚过程,采用CD501与γ-Al₂O₃双功能催化剂,相比采用COM或LP201与γ-Al₂O₃双功能催化剂,CO转化率提高了一倍,且经过270h测试,CO转化率从61%降至57%,二甲醚时空产率从0.54g/(g·h)降至0.48g/(g·h),稳定性显著优于COM催化剂。当反应温度为250℃,压力为4.0MPa,空速为3000mL/(g·h),氢碳比为1.0时,该催化剂应用在浆态床一步法合成二甲醚时,CO转化率为61%,DME时空产率达到0.54g/(g·h)。     

Photocatalytic conversion of NOx on AgCl/Al2O3 catalyst

The rate of NO conversion under UV illumination was evaluated over Ag/Al₂O₃ and AgCl/Al₂O₃ catalysts at room temperature. The AgCl/Al₂O₃ catalyst is highly active for the conversion of NO_x. The conversion is enhanced in the presence of O₂ and further enhanced when oxygen coexists with hydrocarbons. Diffuse reflectance spectra of AgCl/Al₂O₃ and Ag/Al₂O₃ show an absorption band at 250 nm, and a weak and broad band at 230 nm, respectively. The high photocatalytic NO_x conversion is achieved over the AgCl/Al₂O₃ catalyst. The conversion level of NO_x is maintained above 60% over 5 h in the presence of O₂ and hydrocarbons under UV-irradiation. The absorption band at 250 nm is ascribed to the band gap energy of crystallized AgCl particles on Al₂O₃. These results suggest that high photocatalytic NO_x conversion proceeds on crystallized AgCl particles formed on Al₂O₃.     

Combination of CO2 reforming and partial oxidation of CH4 over Ni/Al2O3 catalysts using fluidized bed reactor

The effects of the Ni loading, total feed flow rate, prereduction temperature, reaction temperature and feed gas ratio for combination of CO₂ reforming and partial oxidation of CH₄ over Ni/Al₂O₃ were investigated using a fluidized bed reactor. Methane conversion to syngas was drastically enhanced using a fluidized bed reactor over Ni/Al₂O₃ catalyst calcined at high temperature. The fluidized bed and the fixed bed reactor were compared and a promoting mechanism of the fluidized bed reactor was proposed. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

Promotion effect of additive Fe on Al2O3 supported Ni catalyst for CO2 methanation

In this paper, the effect of additive Fe on Ni/Al₂O₃ catalyst for CO₂ methanation was studied. A series of bimetallic Ni–Fe catalysts with different Ni/Fe ratios were prepared by impregnation method. For comparison, monometallic Fe‐based and Ni‐based catalysts were also prepared by the same method. The characterization results showed that adding Fe to Ni catalyst on the premise of a low Ni loading(≦12 wt.%) enhanced CO₂ methanation performance. However, when the Ni loading reached 12 wt.%, the catalytic activity decreased with the increase of Fe content, but still higher than the corresponding Ni‐based catalyst without Fe. Among them, the 12Ni3Fe catalyst exhibited the highest CO₂ conversion of 84.3 % and nearly 100% CH₄ selectivity at 50000 ml g^‐1 h^‐1 and 420 °C. The enhancement effect of adding Fe on CO₂ methanation was attributed to the dual effect of suitable electronic environment and increased reducibility generated by Fe species.     

ZrO2和Al2O3载体对Mo基催化剂上甲烷化反应性能的影响

通过共沉淀法制备了ZrO₂和Al₂O₃载体,采用等体积浸渍法制备了MoO₃质量分数为5%的Mo/ZrO₂和Mo/Al₂O₃催化剂,并用于甲烷化反应。在三种反应气氛下对两种预硫化的Mo基催化剂进行评价,发现ZrO₂载体均可显著促进甲烷化反应,同时能够促进水汽变换（WGS）反应。通过XRD、H₂-TPR、XPS和TEM等表征发现,两种载体上Mo物种的硫化程度以及暴露的活性位数量不同,从而导致两种催化剂上催化性能差异显著。与Mo/Al₂O₃相比,Mo/ZrO₂催化剂上的MoO₃更易被还原,硫化程度也更高,并且Mo⁴⁺的含量更高,Mo⁶⁺的含量更低。虽然ZrO₂载体上MoS₂尺寸较大,边位置的Mo比例有所降低,但是由于MoS₂沿ZrO₂颗粒表面弯曲生长,使得MoS₂基面成为反应的活性位;因此,Mo/ZrO₂催化剂在甲烷化与WGS反应中表现出更优异的催化性能。     

Improvement of stability of a Fe/Mg/Al2O3 catalyst for the decomposition of methane in the presence of O2/CO2

The stability of an Fe/Al₂O₃ catalyst in the methane decomposition in the presence of O₂/CO₂ was found to be improved by the addition of Mg into the catalyst (Mg/Fe=1/1 wt ratio), probably due to suppression of carbon deposition even under CH₄/ O₂/CO₂ (80/10/5 vol. ratio) conditions. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.