锂在甲烷氧化偶联催化剂中的助催化作用

自Lunsford等首次报道在Li/MgO催化剂上的甲烷氧化偶联(OCM)以来,许多研究者相继报道了添加碱金属对该反应的影响,其中以Li的添加最受关注。Li在OCM反应中对提高C_2烃选择性的作用最为明显,因而弄清Li在这一反应中的作用十分必要。本文讨论了Li在几个有代表性的碱土(CaO)及稀土(La_2O_3)中的存在形式与生成C_2产物的关系。     

甲烷在SrO－La_2O_3／CaO催化剂上的氧化偶联──IV．热点温度效应和反应气中添加CO_2的影响

研究了甲烷在ＬＣ和ＳＬＣ催化剂体系上氧化偶联反应过程的热效应现象和反应气中添加ＣＯ２对催化剂反应行为的影响．在不使用稀释气的情况下，当反应温度由８７３升至９２３Ｋ时，反应活性存在一个突变点．这主要是由ＣＨ４燃烧反应放出大量热使催化剂床层的局部温度很高，形成一个局部过热区，因此引发甲烷氧化偶联．此即所谓热点温度效应，它严重影响催化剂活性评价结果的可靠性和重复性．在反应气中添加ＣＯ２对ＬＣ几乎无影响；由于ＳＬＣ中各组分与ＣＯ２作用生成碳酸盐，使催化剂表面氧浓度显著减少，导致催化剂的反应活性大大降低和严重失活．     

SrO－La_2O_3／CaO催化剂表面的碱性和催化行为Ⅱ．CO_2同催化剂表面相互作用的红外研究

用红外光谱考察了不同温度下ＣＯ２（１．３ｋＰａ）同ＣａＯ，Ｌａ２Ｏ３，ＳｒＯ，ＬＣ及ＳＬＣ催化剂表面的相互作用．结果表明，ＣＯ２容易与表面作用生成各种碳酸根物种．从有关碳酸根的红外峰强度可以看到，ＣＯ２与催化剂表面作用主要生成单齿碳酸根物种．对于ＬＣ催化剂，室温引入ＣＯ２主要形成与Ｃａ２＋相连的单齿碳酸根物种；温度高于４７３Ｋ时，形成与Ｌａ３＋相连的单齿碳酸根．对ＳＬＣ催化剂，温度在５７３Ｋ以下，只能检测到与Ｃａ２＋相连的单齿碳酸根物种；温度升至６７３Ｋ时，形成与Ｓｒ２＋相连的单齿碳酸根物种以及桥式碳酸根物种．根据表面碳酸根的分解温度及表面碳酸根的对称伸缩振动和反对称伸缩振动的红外吸收峰的波数差值Δσ随晶格氧的电荷增加而降低的原理，表征了催化剂表面的碱性．其结果与ＣＯ２－ＴＰＤ中基于峰温顺序发现的结果基本一致     

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。     

SrO－La_2O_3／CaO催化剂表面的碱性和催化行为Ⅰ．CO_2－TPD及进料中CO_2对催化行为的影响

添加ＳｒＯ使Ｌａ２Ｏ３／ＣａＯ催化剂的碱性增强及甲烷氧化偶联反应的Ｃ２产率提高，但反应温度随ＳｒＯ含量增加而升高．反应活性高的ＳｒＯ－Ｌａ２Ｏ３／ＣａＯ催化剂，容易被ＣＯ２中毒．催化剂失活的主要原因是表面活性位被碳酸盐覆盖．催化剂失活之前，反应气中添加ＣＯ２可抑制产物中ＣＯ２的生成，提高Ｃ２产率     

甲烷在SrO-La2O3/CaO催化剂上的氧化偶联Ⅲ.动力学处理及其反应机理

动力学的比较研究发现,在20％La_2O_3/CaO(LC)催化剂中添加SrO(SLC),改变了甲烷氧化偶联的反应机制。根据前文的动力学实验结果,提出了简化的反应网络和几种反应机理,并且进行了动力学处理。结果表明,在LC催化剂上的甲烷氧化偶联满足Langmuir-Hin-shelwood机理,反应的活性氧物种为分子态吸附氧物种O_2~*,CO_x来源于[CH_3·]同气相分子氧的相互作用;而SLC催化剂的甲烷氧化偶联却满足修正的Rideal-Redox机理,反应的活性氧物种为表面氧物种O~-,CO_x由[CH_3·]同O~-的相互作用产生。     

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     

在甲烷氧化偶联反应中碱、碱土、稀土金属氧化物之间的相互作用 Ⅱ.掺CaO的La_2O_3和掺La_2O_3的CaO催化剂的催化性能

报导了非Li催化剂CaO-La_2O_3和La_2O_3-CaO的催化性能。甲烷氧化偶联反应的活性测试表明:以共沉淀方法制备的CaO-La_2O_3催化剂除了具有较好的C_2选择性外,其活性明显高于其它样品,而且适用于较大的空速条件(100000h~(-1)),是一个有应用前景的催化剂。但这类催化剂表现出明显的热点效应。用XRD,SEM等技术研究了相应催化剂体系的晶胞参数变化规律以及颗粒分散程度,并同其催化性能进行了关联。     

K~＋－SrO－La_2O_3／ZnO催化剂上甲烷氧化偶联反应Ⅱ．催化剂碱性和氧物种的表征

Ｋ＋－ＳｒＯ－Ｌａ２Ｏ３／ＺｎＯ（ＫＳＬＺ）催化体系具有很好的催化活性．在１０７３Ｋ反应温度下，其Ｃ２产率为１８．２％，且Ｃ２选择性为６８．３％．催化剂抗潮能力明显增加，在室温下经长期放置后，催化剂活性稳定．用ＸＲＤ，ＣＯ２－ＴＰＤ和ＸＰＳ表征了ＫＳＬＺ催化剂的体相组成及表面碱性、表面组成和表面活性氧物种．在此基础上讨论了Ｌａ２Ｏ３，ＳｒＯ和Ｋ＋各组分对甲烷氧化偶联反应的作用，提出了表面碳酸盐分解生成活性氧物种的可能性．     

添加Na4P2O7对CaO催化剂上甲烷氧化偶联反应的影响

用Na_4P_2O_7做为Na+添加剂制备Na_4P_2O_7/CaO催化剂。在5.5×10~(_2)的Na_4P_2O_7/CaO上及760℃,w/F=0.0.9g·s·mL~(-1)条件下可以获得23.4×10~(-2)的CH_4转化率和66.8×10~(-2)的C_2烃选择率。催化剂表面Na~+的富集有利于表面活性中心的形成。催化剂表面存在CO_2的碳酸化与脱碳酸化平衡。表面Na~+的流失会引起催化剂活性的下降。     

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。     

La2O3/MgO催化剂上的甲烷氧化偶联

研究了甲烷在La_2O_3/MgO催化剂上的氧化偶联。发现制备过等对催化剂的行为有显著影响。比较了催化剂的反应性能和体相结构,表明在MgO上存在着三种La_2O_3的状态:高分散La_2O_3是最活泼的;La(OH)_3不太活泼;而呈六方晶相的La_2O_3晶粒活性最低。在催化剂中加入Na_2CO_3和K_2CO_3可以改进催化剂的活性和选择性。还考察了反应条件如温度和空速的影响。     

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。     

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     

对甲烷氧化偶联La2O3／BaCO3催化剂稳定性的考察

在前一阶段的工作中,发现La_2O_3/BaCO_3作为甲烷氧化偶联制乙烯的催化剂具有良好的活性与选择性。本文在对这一体系催化剂进行筛选、评价的基础上,选择其中编号为C82的催化剂进行了稳定性考察,并对500小时稳定性试验后的催化剂进行了一系列反应条件试验与红外光谱和x-光衍射分析。     

甲烷氧化偶联催化剂La2O3／SrCO3—BaCO3的催化活性与表征

在甲烷氧化偶联制Ｃ２烃的研究中，人们发现碱土金属与稀土金属组成的复合氧化物催化剂具有高的催化活性［１，２］．稀土化合物作为有希望的工业催化剂之一，已受到广泛的关注．一般认为，它们含有的氧空位对活化甲烷的有效氧物种有利．Ｄｅｂｅｙ等在１％Ｓｒ／Ｌａ２Ｏ...