H2在Cu/ZnO/Al2O3型低变催化剂上的TPD研究

采用TPD法研究了H₂在Cu/ZnO/Al₂O₃上的脱附动力学,结果表明在350℃以内,Cu/ZnO/Al₂O₃对H₂显示出具有不同能量特征的两个活泼部位(Ⅰ)、(Ⅱ),借助于脱附速率等温线法对(Ⅰ)、(Ⅱ)进行解析,建立了相应的脱附速率方程,并发现Cu/ZnO/Al₂O₃对H₂的有效表面为非理想表面,(Ⅰ)、(Ⅱ)对有效表面积的贡献分别为27.6%及72.4%。     

程序升温脱附法对低变反应体系的吸-脱附研究

本文采用程序升温脱附法(TPD)研究了低变反应各组分CO、H₂O、CO₂和H₂在Cu/ZnO/A1₂O₃型低变催化剂上的吸-脱附行为,并对与Cu/ZnO/A1₂O₃具有可此相对组成的六种样品进行了类似的讨论,通过对所得TPD谱图的定性分析发现:构成Cu/ZnO/A1₂O₃型低变催化剂的各个组元对低变反应各组分的吸-脱附作用互不相同,且不同的组元具有各自的吸-脱附特征。     

Al2O3改性CuO/Fe2O3催化剂水煤气变换反应性能

采用分步共沉淀法制备了不同Al₂O₃含量(0%-15% (w))的CuO/Fe₂O₃催化剂, 并进行水煤气变换反应(WGSR)评价测试. 制得的催化剂中含有复合物CuFe₂O₄, 其晶粒尺寸, 氧化还原性质和表面Cu分散通过相应表征手段加以研究. X 射线粉末衍射(XRD), 拉曼(Raman)光谱, N₂物理吸附, N₂O分解和CO₂程序升温脱附(CO₂-TPD)等表征技术说明适量Al₂O₃的加入可以促进尖晶石CuFe₂O₄发生由四方相向立方相的转变, 阻止催化剂中Cu烧结, 增大表面Cu分散, 增加弱碱性位点的数量. 此外, 采用H₂程序升温还原(H₂-TPR)技术探究改性的CuO/Fe₂O₃催化剂的还原性能. 关联结果发现, Al₂O₃掺杂在增大铜物种的耗氢量, 降低其还原温度方面起着重要的作用. 即Al₂O₃的添加促进CuO/Fe₂O₃催化剂中铜铁物种之间的协同作用. 结合活性测试和表征结果,适量的Al₂O₃ (10%(w))改性的催化剂具有较小的Cu颗粒尺寸、较大的Cu分散、较强的还原性能、较多数量的弱碱性位点, 因此具有更好的初始活性和热稳定性.     

甲醇水蒸气重整制氢的高效碳纳米管改性Cu/ZnO/Al2O3催化剂

以碳纳米管为助剂,制备用于甲醇水蒸气重整制氢的新型高效Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂,并与传统Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂在相同条件下的催化性能进行了比较.结果表明,添加适量碳纳米管可显著提高催化剂的低温催化活性和选择性,在大幅度提高产氢速率的同时有效降低了重整产气中CO的含量.SEM和XRD分析证实适量碳纳米管的添加有效促进了Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂结构特性的改善,有利于活性铜物种的分散,从而显著提高了催化剂的低温催化性能.     

CO在Cu/ZnO/Al_2O_3型低变催化剂上的TPD研究

本文采用程序升温脱附(TPD)法研究了CO在Cu/ZnO/Al_2O_3型低变催化剂上的脱附动力学。结果表明,在350℃以内,该催化剂对CO显示出一种能量分布的活泼部位,主要由催化剂中的Cu所提供。以T_f法结合脱附速率等温线法进行了TPD谱图的定量解析,求出了脱附动力学参数,建立了脱附速率方程。并发现Cu/ZnO/Al_2O_3型低变催化剂对CO的总有效表面虽为非均匀的,但该催化剂在350℃以内对CO显示的活泼部位所提供的有效表面却具有均匀表面的能量特征。由分析脱附级数,可推测出CO的吸附以缔合式吸附为主。     

CuZn/Al2O3催化γ-戊内酯加氢制1,4-戊二醇

生物质利用是缓解能源及环境危机的有效途径。 本文利用共沉积法制备了一系列CuZn/Al₂O₃催化剂,通过电感耦合等离子光谱(ICP)、X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、二氧化碳程序升温脱附(CO₂-TPD)等表征技术对催化剂的结构及性质进行了表征。 重点讨论了还原温度对CuZn/Al₂O₃催化γ-戊内酯加氢反应催化性能的影响,研究发现还原温度显著影响催化剂的活性和选择性。 高温还原有利于γ-戊内酯加氢生成1,4-戊二醇,440 ℃还原的CuZn/Al₂O₃催化剂对1,4-戊二醇的选择性可高可达98%;而200 ℃还原的催化剂,在相似的转化率下1,4-戊二醇选择性仅为71%。 结合催化剂的结构分析,高温有利于ZnO的还原,促使催化剂表面生成新的活性位点,并改变了催化剂表面的酸碱性,促进了1,4-戊二醇的生成。     

P改性对Mo-Ni/Al2O3煤焦油加氢脱氮性能的影响

在磷含量1.34%下,采用分步浸渍法按磷添加顺序不同制备了3种改性催化剂:MoP-Ni/Al₂O₃、Mo-NiP/Al₂O₃、Mo-Ni/PAl₂O₃.通过X射线衍射(XRD)、程序升温脱附(NH₃-TPD)、程序升温还原(H₂-TPR)、氮气吸附等技术对催化剂进行了表征.以新疆中低温煤焦油为原料,考察了不同磷改性方式对催化剂加氢脱氮(HDN)性能的影响.结果表明,适宜的磷添加方式能够改变催化剂的酸性分布,提高10~13 nm加氢脱氮有效孔的比例,并且减弱活性组分与载体的相互作用,同时使得活性组分更易被还原,进而提高催化剂加氢脱氮性能.加氢脱氮活性顺序为Mo-Ni/PAl₂O₃(74.36%)>Mo-NiP/Al₂O₃(72.74%)>Mo-Ni/Al₂O₃(71.72%)>MoP-Ni/Al₂O₃(56.13%).     

Fe2O3晶型对Fe基催化剂的CO2加氢性能影响

以共沉淀法制备FeAl母体,采用浸渍法添加Zn、K和Cu助剂制成催化剂,利用低温N2物理吸附、XRD、H2-TPR等手段对FeAl母体和催化剂进行表征,并用固定床反应器考察它们的CO₂加氢反应性能。XRD结果表明,加入Al助剂、并采用无水乙醇洗涤沉淀能促进酌-Fe₂O₃晶相生成,其中,Al₂O₃/Fe₂O₃质量比为10%的母体具有最强的酌-Fe₂O₃衍射峰;加入Al使得母体中的a-Fe₂O₃晶粒粒径变小,引起比表面积明显增大;浸渍助剂过程没有改变上述两种效应。母体比表面积增大提高了助剂Cu的分散度,促进了催化剂还原,但酌-Fe₂O₃晶相的生成才是催化剂的CO₂加氢反应活性被提高的主要原因。     

Co/Fe/Al2O3/cordierite催化C3H6选择性还原NO的实验研究

采用溶胶凝胶法和浸渍法制备了负载于蜂窝陶瓷上的Co/Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂,在陶瓷管流动反应器上对其催化C₃H₆选择性还原NO的性能进行了测试。结果表明,该催化剂表现出最优脱硝性能,在模拟烟气条件下,当反应温度为550 ℃时可实现97%的脱硝效率。Co的引入可显著增强Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂抗SO₂和H₂O的能力。在模拟烟气中同时引入0.02% SO₂和3% H₂O后,1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite的脱硝性能受影响甚微,当反应温度高于500 ℃时1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite催化C₃H₆还原NO的效率均可达到90%以上;相比之下,未经Co修饰的催化剂Fe/Al₂O₃/cordierite脱硝性能受到了严重的抑制,在整个反应温度区间（200-700 ℃）内,其催化C₃H₆还原NO的效率最高不足50%。XRD和SEM表征结果表明,经过适量的Co修饰后的1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite表面变得更疏松,且形成了以钴铁和钴铝双金属氧化物为主要成分的球状晶粒。H₂-TPR结果表明,相比于Fe/Al₂O₃/cordierite,1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite有更好的低温还原性能。Py-FTIR结果表明,Co的引入可使催化剂表面的Lewis酸明显增加,且生成了Brønsted酸。N₂吸附-脱附表征结果表明,Co可增大催化剂的比表面积。     

丙烷在Ce-Fe/Al2O3/cordierite上选择性催化还原NO

利用凝胶溶胶法和浸渍法制备了Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂,实验研究了其催化丙烷选择性还原NO的特性。结果表明,当铈的负载量从1%增加至5%时,Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite的C₃H₈-SCR性能先增强后减弱,3.5Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite具有最佳的脱硝性能,在有氧条件下,600℃时可实现96.5%的脱硝效率。Ce的加入能够提升Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂的抗硫性能。烟气中通入0.02%的SO₂后,3.5Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite催化丙烷还原NO的转化率始终维持在93%,而没有经过Ce修饰的Fe/Al₂O₃/cordierite的NO转化率从88%下降为80%左右。利用XRD、N₂吸附-脱附、SEM、H₂-TPR、吡啶吸附红外光谱等手段研究了催化剂的物理化学性质。结果表明,加入助剂铈能与Fe形成了固溶体,增加催化剂表面Lewis酸浓度和氧化还原能力,从而提高了催化丙烷还原NO的性能。过多的铈引入会减少Fe₂O₃结晶体的形成,不利于在C₃H₈-SCR反应中形成NO₂/NO₃^-物种,从而导致NO还原效率下降。     

CaO对Cu-ZnO-ZrO_2催化CO_2加H_2合成甲醇性能影响

用CaO作为改性助剂,采用并流共沉淀法制备了CuO∶ZnO∶ZrO_2为5∶4∶1(物质的量比),CaO添加量为0、1%、2%、4%、8%、16%(摩尔分数)的六组催化剂。用X射线衍射(XRD)、微商热重(TG-DTG)、傅里叶红外(FT-IR)、N2吸附脱附(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)、CO_2程序升温脱附(CO_2-TPD)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)对催化剂进行了表征。用自制固定床评价了催化剂活性。结果表明,添加CaO后,催化剂路易斯酸性和表面碱性增强;催化剂母体中高温碳酸盐含量增加,热稳定性增强,CuO颗粒粒径变小,Cu-Zn协同作用增强,Cu比表面积增大,分散性变好。催化剂活性受到表面酸碱性、铜比表面积、Cu-Zn协同作用和铜分散性共同影响。当CaO为2%时,铜比表面积为79.3 m2/g、铜分散度为34.8%、CO_2转化率为24.55%、甲醇选择性为19.01%、甲醇收率为0.044 g/(gcat·h),催化剂活性最好。过量CaO占据催化剂孔道和覆盖表面活性位,使催化剂路易斯酸性和表面碱性过强,CuO与H_2有效接触减少,CO_2难以脱附,催化活性下降。因此,适量CaO(2%)添加可促进CO_2加氢反应合成甲醇。     

Cu-ZnO-CeO2催化剂组成对CO2加H2合成甲醇性能的影响

采用并流沉淀法分别制备了CuO-CeO₂（物质的量比为5：1）、CuO-ZnO（物质的量比为5：4）、CuO-ZnO-CeO₂（物质的量比为5：4：1）三组目标催化剂,通过X射线衍射（XRD）、氢气升温还原（H₂-TPR）、CO₂程序升温脱附（CO₂-TPD）、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱（XPS）、N₂O滴定表征技术对催化剂的物化性能进行了测试,并在高温高压微催化反应器中对催化剂进行活性评价。研究了CuO-ZnO-CeO₂组成对CO₂加氢合成甲醇的影响。结果表明,与二组分催化剂相比较,三组分CuO-ZnO-CeO₂催化剂物化性能及催化活性发生了很大变化,催化剂表面碱性位增强,热稳定性增强,CuO颗粒粒径变小,铜分散度以及氧空位浓度提高,最终催化活性显著提高。其中,CuO-ZnO-CeO₂催化剂中,CuO颗粒粒径为8.2nm,铜的比表面积为68.4m²/g,铜分散度为7.19%,甲醇的选择性和收率分别为48.6%和0.057mmol/（g·min）,催化剂活性较好。     

Effect of electron beam irradiation on CO2 reforming of methane over Ni/Al2O3 catalysts

The effect of electron beam irradiation on the CO₂ reforming of methane over Ni/Al₂O₃ was investigated. The conversion rate of CO₂ and CH₄ forming H₂ and CO using various catalysts irradiated with an absorbed dose greater than 2 MGy was 5–10% higher than when using an untreated catalyst. The Ni/O ratio on the catalyst surface increased after treatment with an electron beam, and was more prominent for catalysts with a higher Ni content. As such, based on XRD and XPS measurements, electron beam treatment was found to result in either the desorption of oxygen from NiO or the removal of OH groups from the outermost surface layer of the catalyst. In addition, the concentration of active sites, such as Ni²⁺ and NiO, or surface defects was also found to increase with the absorbed radiation dose, thereby increasing the conversion rate.     

柠檬酸盐凝胶法制备纳米CuO-ZnO-ZrO_2的工艺分析及CO_2加氢制甲醇的性能

采用柠檬酸盐凝胶法制备出纳米CuO-ZnO-ZrO_2(CZZ)催化剂,应用XPS、BET、XRD、H_2-TPR、H_2-TPD、CO_2-TPD和TG-DTA等检测手段对催化剂及前驱体的结构进行表征。研究了湿凝胶干燥时间和柠檬酸用量对催化剂结构的影响,并与燃烧法制得的催化剂进行对比,考察了不同催化剂CO_2加氢制甲醇的性能。研究表明,延长湿凝胶干燥时间可有效防止催化剂焙烧时发生喷溅,有利于催化剂中各组分的分散,提高催化剂对H_2和CO_2的吸附能力;112℃干燥48h制得的催化剂(CZZ-48h)BET比表面积为43.5m~2/g,高于燃烧法;柠檬酸用量等于化学计量比时催化剂的性能最佳,在240℃、2.6MPa、空速为3600h-1、H_2/CO_2(体积比)为3的条件下甲醇时空收率达109.4g/(kg·h);柠檬酸过量会影响催化剂组分的分散度,并造成分解残留覆盖催化剂表面活性位而不利于CO_2加氢反应。     

基于程序升温氢化表征的Ni-Al2O3催化剂上CO2-CH4重整反应积炭研究

采用水热沉积法制备Ni-Al₂O₃催化剂,用于CO₂-CH₄重整反应;基于程序升温氢化（TPH）表征,研究了反应时间、温度、原料气CO₂/CH₄比例和空速等因素对CO₂-CH₄重整反应过程中Ni-Al₂O₃催化剂上表面积炭行为的影响。结果表明,表面积炭是导致催化剂重整反应失活的重要原因。随反应时间的延长,催化剂表面积炭量增多,虽未成比例增加,但其TPH峰温有向高温方向移动的趋势,表明所积之炭的石墨化程度增加。反应温度和空速对催化剂表面积炭也有一定影响,且空速的影响更大。另外,由于CO₂消炭反应（CO₂+C=2CO）的存在,CO₂/CH₄比例对表面积炭的影响也很大。CO₂/CH₄比例太低,不能明显抑制积炭;随着CO₂/CH₄比例增加,积炭将得到有效抑制,但CO₂/CH₄比例过高,CO₂在产物中的分离和回收再利用将使成本增加。     

KF/La2O2CO3固体碱的制备、表征及催化酯交换反应的性能——一个综合创新实验

固体碱催化剂具有易分离、可循环使用、对设备无腐蚀、可使反应工艺过程连续化等优点。它被认为是催化酯交换反应制备可再生能源生物柴油的一种优异催化剂。本实验是在科研成果的基础上创新设计了一个综合实验。通过浸渍法制备了KF/La2O2CO3固体碱催化剂;利用X射线衍射测定了其物相,使用CO2程序升温脱附技术测定了催化剂的表面碱性;并以三丁酸甘油酯与甲醇进行酯交换反应作为模型反应,考查其催化活性。     

CO2预处理操作条件对Ni-Co双金属催化剂性能与结构的影响

The performance of the Ni-Co bimetallic catalyst was significantly improved by a novel H₂ and CO₂ (HCD) pretreatment in the dry reforming of methane compared with traditional H₂ pretreatment. The effects of the HCD pretreatment operating conditions, such as pretreatment time, temperature, gas feeding ratio, and gas flow rate, on the catalytic performance of Ni-Co bimetallic catalyst were investigated. The optimal pretreatment time, temperature, gas feeding ratio (CH₄/CO₂), and gas flow rate were 0.5-1 h, 780-800 ℃, 0:10, and 175-200 mL·min^-1, respectively. Biogas was simulated with CH₄ and CO₂ in a volume ratio of 1 and without any other diluted gas. The catalyst was characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and thermogravimetry (TG) coupled to differential scanning calorimetry (DSC). In a 511 h stability test under the optimized operating conditions, the catalyst pretreated with both H₂ and CO₂ exhibited excellent stability. The average conversions of CH₄ and CO₂, selectivities for H₂ and CO, and volume ratio of H₂/CO were 96%, 97%, 98%, 99%, and 0.98, respectively. The average carbon deposition rate over the Ni-Co bimetallic catalyst was only about 0.2 mg·g^-1·h^-1. The characterization results revealed that the sintering speed of the metal greatly decreased with testing time, and the metal particle will not greatly sinter with further testing time. The amount of deposited carbon on the catalyst gradually decreased and growth of filamentous carbon over the surface of the catalyst could be inhibited. The performance of the Ni-Co bimetallic catalyst was significantly improved by a novel H₂ and CO₂ (HCD) pretreatment in the dry reforming of methane compared with traditional H₂ pretreatment. The effects of the HCD pretreatment operating conditions, such as pretreatment time, temperature, gas feeding ratio, and gas flow rate, on the catalytic performance of Ni-Co bimetallic catalyst were investigated. The optimal pretreatment time, temperature, gas feeding ratio (CH₄/CO₂), and gas flow rate were 0.5-1 h, 780-800 ℃, 0:10, and 175-200 mL·min^-1, respectively. Biogas was simulated with CH₄ and CO₂ in a volume ratio of 1 and without any other diluted gas. The catalyst was characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and thermogravimetry (TG) coupled to differential scanning calorimetry (DSC). In a 511 h stability test under the optimized operating conditions, the catalyst pretreated with both H₂ and CO₂ exhibited excellent stability. The average conversions of CH₄ and CO₂, selectivities for H₂ and CO, and volume ratio of H₂/CO were 96%, 97%, 98%, 99%, and 0.98, respectively. The average carbon deposition rate over the Ni-Co bimetallic catalyst was only about 0.2 mg·g^-1·h^-1. The characterization results revealed that the sintering speed of the metal greatly decreased with testing time, and the metal particle will not greatly sinter with further testing time. The amount of deposited carbon on the catalyst gradually decreased and growth of filamentous carbon over the surface of the catalyst could be inhibited. Thereby, great catalytic activity and stability could be obtained during the dry reforming of methane reaction.     

Ce1-xMnxO2表面性质对催化CO2和甲醇直接合成DMC反应活性的影响

通过共沉淀法制备了一系列Mn掺杂量不同的Ce_1-xMn_xO₂催化剂, 并将其用于催化CO₂和甲醇直接合成碳酸二甲酯(DMC). 通过X射线衍射(XRD)、 氮气吸附-脱附、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线光电子能谱(XPS)和程序升温脱附(TPD)等手段研究了Ce_1-xMn_xO₂表面性质对催化CO₂和甲醇直接合成DMC反应活性的影响. 结果表明, Mn离子进入CeO₂晶格中形成固溶体, 随着Mn掺杂量增加, 催化剂表面弱酸碱位数量逐渐降低, 中强酸碱和强酸碱位数量增加, 催化剂表面氧空位含量呈先增加后减少的变化趋势, 当Mn掺杂量较少时, 催化剂表面Mn²⁺比例较高, 有利于Ce⁴⁺+Mn²⁺→Ce³⁺+Mn³⁺反应的进行, 促进催化剂表面氧空位生成; 进一步提高Mn掺杂量时, 催化剂表面Mn⁴⁺比例提高, 有利于Ce³⁺+Mn⁴⁺→Ce⁴⁺+Mn³⁺反应的进行, 导致催化剂表面氧空位含量减少. 研究发现Ce_1-xMn_xO₂催化剂活性与表面氧空位含量线性相关.