铁酸镍用于热化学循环反应CO2分解制CO的研究

采用共沉淀法制备了NiFe₂O₄和NiFe₂O₄/ZrO₂催化剂,用TGA考察了其热化学法,CO₂高温分解反应性能。通过对反应前后催化剂的表征发现,反应高温使两种催化剂都发生了明显的烧结,导致在热还原反应中形成的还原态氧化物不能完全被CO₂氧化从而降低了催化剂的反应性能;ZrO₂的加入对于提高催化剂的热稳定性以及循环反应稳定性具有重要的作用。在高温反应炉中考察了NiFe₂O₄/ZrO₂的CO₂分解实验,结果表明,提高热还原温度可以提高CO产量,然而,随着循环次数的增加CO的产量降低得更明显。     

掺杂铁酸盐的制备、结构及其催化分解CO2成C的性能

采用混合离子共沉淀法制备掺杂铁酸盐,采用XRD,TGA和H2-TPR等手段对其结构进行了表征,并考察了其直接催化分解CO2成C的性能.研究结果表明,用混合离子共沉淀法能够制备出纳米级晶粒、且为单一尖晶石结构的Cr3+掺杂的NiFe2O4.所掺杂的Cr3+进入NiFe2O4的晶格B位,极大地促进了NiFe2O4在还原氧化过程中结构的稳定性,分解CO2反应后,NiFe2O4的结构易恢复,从而明显地提高了其分解CO2成C反应的循环寿命(35次以上)和积炭量(25.3%).     

助剂对低温水煤气变换反应Au/αFe2O3催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备了系列Au/αFe2O3 MOxM=Zr、Al、Mg、Ca、Ba)催化剂，通过N2物理吸附、XRD、H2-TPR和CO2-TPD-MS等手段对催化剂的物化性质进行表征，考察了富氢下低温水煤气变换（WGS）反应中助剂对Au/αFe2O3催化剂性能的影响。结果表明，助剂ZrO2能有效提高Au/α Fe2O3催化剂在富氢气氛下低温WGS反应活性和稳定性，反应温度150℃时CO转化率可达88.45%，且催化剂具有较高的稳定性。研究发现，添加ZrO2助剂能抑制载体晶粒的生长，降低载体晶粒度，提高催化剂的比表面积，改善催化剂的还原性能和表面酸碱度，从而提高催化剂的催化活性和稳定性。     

氧化锆改性的Ni/LaAl11O18用于CO甲烷化反应:催化剂结构对催化性能的影响

对于煤制天然气,CO甲烷化技术起着重要作用,其研究核心之一是高效催化剂的开发.目前,CO甲烷化催化剂主要采用金属Ni作为活性组分,但存在高温易烧结和易积炭等问题.因此,如何使其同时具有较高的催化活性和高温稳定性是亟待解决的问题.针对这些问题,本文以高热稳定性的六铝酸镧(LaAl11O18)为载体,采用浸渍法担载金属镍,制备了Ni/LaAl11O18催化剂;以高化学惰性的ZrO2为包覆层,采用改进的连续吸附反应法,将ZrO2前驱体液相沉积在Ni/LaAl11O18表面进行改性,制备了具有包覆结构的Ni/LaAl11O18@ZrO2甲烷化催化剂.探讨了ZrO2在Ni/LaAl11O18表面的分布形式以及不同沉积包覆量对催化剂结构、CO甲烷化催化剂活性和稳定性的影响.分别采用氮气物理吸附、X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、氢气程序升温还原、氢气程序升温脱附、X射线光电子能谱、热重分析和电感耦合等离子体原子发射光谱法等手段对催化剂进行了系统表征.结果表明,ZrO2纳米粒子能够同时分布在催化剂活性组分和载体表面,增加了金属?载体间相互作用力,高温还原时可以有效抑制活性金属Ni的烧结,成功构筑了具有显著限域结构的包覆型催化剂.同时,ZrO2的包覆不利于金属的氢气化学吸附.在常压,260?600 oC和120 L g?1h?1条件下对催化剂进行了催化活性测试.结果显示,与未改性的催化剂相比,包覆后催化剂上CO转化率略有降低,但是其CH4选择性明显提高,适量的ZrO2包覆对CH4得率有较好的促进作用,但是过量的ZrO2包覆会因占据过多的金属镍表面使得CO转化率显著降低.在常压,550 oC和120 L g?1h?1空速的操作条件下所进行的107 h稳定性测试结果表明,包覆型Ni/LaAl11O18@ZrO2催化剂展示了良好的高温稳定性,具有优异的抗烧结和抗积碳性能.这主要是因为包覆型催化剂具有良好的"限域"效应,从而显著改善了催化剂的抗烧结性能;同时较强的金属?载体相互作用以及ZrO2助剂对CO2的活化提升了催化剂的消碳能力,增强了Ni/LaAl11O18@ZrO2催化剂的抗积碳能力.总之,本文构筑了一种高稳定性的包覆型催化剂Ni/LaAl11O18@ZrO2,可广泛应用到其他多种高温反应中.     

纳米ZrO2/Al2O3复合载体及Ni/ZrO2/Al2O3催化剂的性能研究

 采用溶胶-凝胶法在经过扩孔处理的Al2O3基载体上制备了纳米ZrO2/Al2O3复合载体,并通过浸渍法制备了NiO/ZrO2/Al2O3催化剂. 用XRD,TPR,TPD和N2吸附等技术分别考察了载体和催化剂的结构及表面性能,研究了复合载体对Ni/ZrO2/Al2O3催化CO2重整CH4反应性能的影响. 结果表明,纳米ZrO2/Al2O3复合载体具有较大的比表面积、适宜的孔径分布及稳定的t-ZrO2结构,Ni/ZrO2/Al2O3催化剂具有较好的CO2重整CH4反应活性和稳定性.     

ZrO2对CuO／γ—Al2O3催化剂CO氧化性能的影响

用流动反应法、TPR、TPO和TG等技术研究了ZrO2的改性和CuO负载量对Cuo／y－Al2O3催化剂的氧化性能及还原行为的影响．实验结果表明，在低负载量（wCuO=15%以下）时，ZrO2对γ-Al2O3的改性可明显提高CuO／γ-Al2O3催化剂的CO氧化活性．ZrO2的存在可增加活性铜物种在载体表面的富集和有效地促进CU2+物种的氧化还原循环，增加CuO催化剂表面上铜物种的可还原量，从而促进CuO催化剂的氧化活性．     

常压高频冷等离子体炬制备的CH4/CO2重整用Ni/γ-Al2O3催化剂的表征

 分别采用常规焙烧还原 (C)、常规焙烧与常压高频冷等离子体炬还原相结合 (PR), 以及常压高频冷等离子体炬直接焙烧还原 (PC&;R) 制备了 Ni/γ-Al2O3 催化剂. 通过 X 射线衍射、H2-程序升温脱附、CO2-程序升温脱附、N2 吸附-脱附实验、透射电镜和热重分析等方法对催化剂进行了表征. 并考察了其 CH4/CO2 重整反应活性. 结果表明, 催化剂经等离子体处理后低温活性明显增加. 在得到相同 CH4 和 CO2 转化率情况下, PC&;R 法制备的催化剂与常规催化剂相比, 反应所需温度可以降低 50 oC. PC&;R 催化剂上 Ni 分散度提高了 100%, Ni 粒子粒径降低了 70%, 达到 5 nm, 催化剂的抗积炭性能显著增强. 所得催化剂较高的低温活性和抗积炭性能得益于常压高频冷等离子体炬对催化剂前驱体还原速率快, 处理时间大为缩短, 避免了由于长时间高温焙烧和还原所引起的对载体的烧结和金属 Ni 的团聚.     

等离子体引入方式对强化制备二氧化碳重整甲烷反应的Ni/γ-Al2O3催化剂的影响

采用等离子体技术强化制备了Ni/γ-Al2O3催化剂, 以CO2重整CH4为模型反应考察了等离子体引入方式对催化剂性能的影响, 并采用H2-TPR, BET, CO2-TPD, XRD, CO2-TPSR, TGA及XPS技术对催化剂进行了表征. 研究结果表明, 与常规焙烧的催化剂相比, 在氢气还原过程前引入氮气等离子体处理能有效提高催化剂的低温反应活性. N2气等离子体处理使前驱体中的硝酸盐能在温和条件下分解, 并使催化剂具有较强的还原能力和较大的比表面积. 先进行N2气等离子体处理再进行H2气还原的催化剂, 其活性组分的分散度显著提高, 对CO2的吸附量也明显增加, 并且反应后催化剂上的积炭量比常规催化剂上的显著降低, 形成比较单一的碳物种.     

Al含量对Pt-SO2-4/ZrO2-Al2O3固体超强酸催化正戊烷异构化性能的影响

通过向SO42-/ZrO2催化剂中同时引入适量的Pt和Al2O3,制备出了具有较高催化性能和稳定性的Pt-SO42-/ZrO2-Al2O3型固体超强酸催化剂.以正戊烷异构化反应为探针,考察了Al含量对催化剂性能的影响;并采用X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、红外(IR)光谱、程序升温还原(TPR)、热重-差热分析(TG-DTA)和氨-程序升温脱附(NH3-TPD)手段对催化剂进行了表征.结果表明,Al能够提高ZrO2的晶化温度,抑制硫的分解,增加催化剂的比表面积,增强硫氧键的结合,提高催化剂的还原性能,增加催化剂的酸强度和酸总量.当Al2O3含量(质量分数,w)为5.0%时,Pt-SO42-/ZrO2-Al2O3固体超强酸催化剂的催化活性最好,在100 h内异戊烷收率可稳定在52.0%以上,选择性在98.2%以上.     

Ni/ZrO2催化剂上甲烷水蒸气重整反应的研究

研究了Ni/ZrO2催化剂对甲烷水蒸气重整制合成气的反应性能。考察了催化剂的还原温度、载体焙烧温度以及反应温度、原料配比和空速等对催化剂性能的影响。利用XRD、TEM、XPS等手段对催化剂的织构形貌进行了表征。研究表明，Ni/ZrO2催化剂用于甲烷水蒸气重整制合成气不仅具有较高的活性，也具有较好的稳定性。水蒸气比增加，CH4转化率增大、CO选择性下降。CH4转化率及CO选择性均随空速增大而下降。使用10%Ni/ZrO2催化剂，在650 ℃、空速1.984×104 h－1、原料气配比H2O∶CH4∶N2=2∶1∶2.67的条件下，获得CH4转化率85%、CO选择性70%的结果。     

Al含量对Pt-SO_4~(2-)/ZrO_2-Al_2O_3固体超强酸催化正戊烷异构化性能的影响

通过向SO24-/ZrO2催化剂中同时引入适量的Pt和Al2O3,制备出了具有较高催化性能和稳定性的Pt-SO24-/ZrO2-Al2O3型固体超强酸催化剂.以正戊烷异构化反应为探针,考察了Al含量对催化剂性能的影响;并采用X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、红外(IR)光谱、程序升温还原(TPR)、热重-差热分析(TG-DTA)和氨-程序升温脱附(NH3-TPD)手段对催化剂进行了表征.结果表明,Al能够提高ZrO2的晶化温度,抑制硫的分解,增加催化剂的比表面积,增强硫氧键的结合,提高催化剂的还原性能,增加催化剂的酸强度和酸总量.当Al2O3含量(质量分数,w)为5.0%时,Pt-SO24-/ZrO2-Al2O3固体超强酸催化剂的催化活性最好,在100h内异戊烷收率可稳定在52.0%以上,选择性在98.2%以上.     

浆态床用CuO/ZrO2催化剂的完全液相法合成及其对CO加氢的催化性能

 利用完全液相法制备了CuO/ZrO2浆状催化剂,通过X射线衍射、氮气吸附和程序升温还原等方法对催化剂的结构和织构性质进行了研究,并考察了CuO/ZrO2催化剂上CO加氢反应的性能. 结果表明,本方法制备的CuO/ZrO2浆状催化剂具有与传统方法制备的固体催化剂相似的相结构; 利用共沸蒸馏法进行表面处理后, CuO/ZrO2催化剂分散均匀且易于还原; CuO/ZrO2浆状催化剂用于CO加氢反应时,不需另外添加甲醇脱水剂就可以直接合成二甲醚,在473 K时CuO/ZrO2对二甲醚的选择性达到92.1%, 并且在15 d的反应中催化剂呈现出良好的稳定性.     

掺杂铬对NiFe2O4的磁性和结构稳定性影响

利用物理特性测试仪对共沉淀法制备的Cr3+掺杂NiFe2O4的磁性能进行测试,发现掺杂Cr3+并经350、 600℃焙烧的NiFe2O4样品,饱和磁化强度Ms和剩磁Mr随掺杂量的增加而下降,矫顽磁场强度Hc随掺杂量的增加而增加.XRD平均晶粒测试结果显示,样品的平均晶粒大小随掺杂量的增加而减小.在共沉淀过程掺杂的Cr3+经600℃热处理后已进入NiFe2O4晶格.晶格中的Cr3+对NiFe2O4分解CO2的H2/CO2循环反应性能产生很大影响,纯NiFe2O4循环反应15次失活,而掺4%Cr3+的NiFe2O4循环反应50次仍然具有活性.     

负载型纳米ZrO2-Al2O3复合载体中ZrO2的负载量对Ni基催化剂性能的影响

采用真空浸渍法在负载型纳米ZrO2-Al2O3复合载体上负载NiO,并用X射线衍射考察了NiO在复合载体上的分散周值.结果表明,该分散阈值与ZrO2-Al2O3复合载体中ZrO2的负载量有关,当ZrO2的负载量为0.60 g/g时,NiO的分散阈值达到最高值0.315 g/g.热重-微分热重和程序升温脱附结果表明,NiO在不同ZrO2负载量的复合载体表面形成不同的相互作用和分布状态,复合载体中ZrO2的负载量影响催化剂表面活性中心的种类和对CO2的吸附.同时考察了不同ZrO2负载量的复合载体Ni基催化剂在CO2重整CH4反应中的活性和稳定性.     

富氢气体中CO优选氧化反应: Au与载体相互作用的影响

以Fe2O3,Co3O4,ZrO2和ZrO2-CeO2为载体,研究了负载型Au催化剂在CO优选氧化反应中的性能,并用高分辨透射电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子能谱等技术对催化剂进行了表征,考察了Au与载体之间的相互作用对Au电子性质的影响.结果表明,在60℃以下,Au/Fe2O3上CO能被完全氧化,且CO氧化反应选择性约为50%,而在Au/Co3O4,Au/ZrO2和Au/ZrO2-CeO2催化剂上,CO在更低的温度下才能被完全氧化.这是由于具有拉电子效应的载体(如Fe2O3和Co3O4)能使Au带有部分正电荷,从而对CO优选氧化反应具有较高的催化活性.因此,选择合适的载体或对载体进行掺杂改性,调节Au的正电荷数目,有可能进一步提高Au催化剂的催化活性.     

制备方法对CuO-CeO2/Al2O3/FeCrAl整体催化剂结构、粘附稳定性和催化性能的影响

 采用浸渍法、粉末涂覆法、沉积沉淀浸渍法、溶胶高温分解法、原位溶液燃烧法和微乳液法制备了 CuO-CeO2/Al2O3/FeCrAl 整体催化剂, 并运用扫描电镜、X 射线衍射、程序升温还原、超声波振动和热振荡等手段研究了制备方法对活性组分的负载及其分布、催化剂结构、粘附稳定性和催化 CO 优先氧化反应性能的影响. 结果表明, 溶胶高温分解法、原位溶液燃烧法和微乳液法制备的整体催化剂表现出较好的催化 CO 优先氧化反应性能和较高的粘附稳定性.     

还原条件对NiFe2O4-δ结构稳定性及其催化分解CO2活性的影响

采用柠檬酸络合法制备NiFe2O4,运用XRD、DTA-TG等手段对其结构进行表征,并探讨还原条件对NiFe2O4－δ的结构稳定性及其催化分解CO2成C反应活性的影响。研究结果表明,由柠檬酸络合法制备的NiFe2O4样品量为0.5g时,利用H2还原制备氧缺位NiFe2O4－δ的最佳还原条件为还原温度320℃、氢气流量40mL/min、还原时间3h。还原温度过高、还原时间过长以及氢气流量过大,均会使NiFe2O4－δ还原过度,尖晶石结构瓦解而转变成Fe(Ni)合金和α-Fe等。     

制备方法对CuO-CeO2/ZrO2催化CO氧化性能的影响

以ZrO2为载体、采用不同的浸渍次序制备了3种CuO-CeO2/ZrO2催化剂并在不同的温度(500,650和800℃)下进行焙烧,利用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H2-TPR和CO-TPR)及CO程序升温脱附(CO-TPD)技术对所制备的催化剂进行了表征,并采用色谱流动法考察了其催化CO低温氧化反应性能。结果表明,当焙烧温度为650℃时,3种催化剂的CO催化氧化活性均最佳,且三者的催化活性大小顺序为:CuO/CeO2/ZrO2>CuO-CeO2/ZrO2>CeO2/CuO/ZrO2。结合催化剂的表征和活性测试结果,我们认为高分散的CuO是CO的吸附中心,有利于CO的低温氧化反应,而大颗粒的CuO几乎对CO没有吸附作用,不利于CO的低温氧化反应。在3种催化剂中,CuO/CeO2/ZrO2催化剂具有最佳的低温还原特性和最大的CO2脱附峰面积,相应地具有最佳的催化氧化活性。     

Au/Ce1-xZrxO2催化剂的制备、表征及其在CO氧化和水煤气变换反应中的催化性能

采用共沉淀法制备了不同锆铈摩尔比的Ce1-xZrxO2(x=0,0.1,0.3,0.5,0.7,0.9和1.0)氧化物,并以改性的浸渍法制备了金担载量为1%(质量分数)的Au/Ce1-xZrxO2催化剂.考察了催化剂在低温CO氧化和水煤气变换反应中的催化性能.应用氮物理吸附、X射线衍射、透射电镜和H2程序升温还原等技术对氧化物载体及其负载金催化剂进行了表征,并与其催化性能进行了关联.结果表明,与纯CeO2和ZrO2相比,Ce1-xZrxO2的比表面积增大而孔径减小,孔分布更加集中.Zr的加入使表面Ce4 的还原更加困难,使体相Ce4 的还原更加容易.活性组分金的加入有利于铈锆氧化物的还原.ZrO2载体较大的孔径使金在载体表面分散均匀而粒子较小,因此与Au/CeO2和Au/Ce1-xZrxO2相比,Au/ZrO2具有更好的低温CO氧化活性和水煤气变换活性,而Au/CeZrO在高温下的水煤气变换反应中表现出更好的催化性能.     

Ni/La2O3/α-Al2O3中的高温脱附氢促进CH4/CO2重整反应的初活性

 通过H2程序升温脱附实验,在H2还原的Ni/La2O3/α-Al2O3催化剂上可以明显观察到高温脱附氢(高温氢). 动力学实验结果表明,随催化剂上高温氢含量的增加, CH4/CO2重整反应的初始活性升高,同时高温氢也可在重整反应过程中原位生成,并使重整反应的活性最终达到稳定. 脉冲实验结果表明,随催化剂上高温氢含量的增加, CH4解离后生成的活性中间体CHx物种的x值也增大,进而降低了CHx与CO2反应的活化能,提高了CHx与CO2反应的速率. La2O3助剂的添加提高了Ni/La2O3/α-Al2O3催化剂上逆水气变换反应的速率,并且对CO2的活化也有促进作用. La2O3助剂的加入对于CH4/CO2重整反应的重要作用是使高温氢的数量增多且稳定性提高,有利于保持CHx物种中较高的x值,促进重整反应.