FeMn、FeMnNa和FeMnK催化剂上合成气制低碳烯烃的比较(英文)

研究了钠、钾助剂对FeMn合成低碳烯烃催化剂结构及性能的影响.低温N2吸附、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、CO/CO2程序升温脱附(CO/CO2-TPD)、M?ssbauer谱和CO+H2反应的研究结果表明,增加Mn助剂含量促进了活性相的分散和低碳烯烃的生成,而过多锰助剂在催化剂表面的富集则降低了费托合成反应的CO转化率;钾助剂和钠助剂的加入均抑制了催化剂的还原并且促进了CO2和CO的吸附.比较还原后(H2/CO摩尔比为20)和反应后(H2/CO摩尔比为3.5)催化剂的体相结构可以发现,在FeMn、FeMnNa和FeMnK催化剂中,由于钾助剂的碱性和CO吸附能力较强,因此体相中FeCx的含量相对较高;而活性测试结果表明,FeMnNa催化剂拥有最好的CO转化率(96.2%)和低碳烯烃选择性(30.5%,摩尔分数).     

生物质焦油组分甲苯在镍/凹凸棒石上的二氧化碳催化重整

 以大比表面积的天然纳米矿物材料凹凸棒石 (PG) 为载体, 采用等体积浸渍法制备了 Ni/PG 催化剂. 运用 X 射线衍射、透射电镜和 CO₂ 程序升温脱附对 Ni/PG 催化剂进行了表征, 并用于以甲苯为生物质焦油模型化合物的 CO₂ 催化重整反应. 考察了反应温度、CO₂ 浓度以及催化剂中 Ni 负载量对甲苯与 CO₂ 重整性能的影响. 结果表明, 吸附在催化剂表面的 CO₂ 存在三个脱附峰, 其中高温脱附 CO₂ 与反应密切相关; 随着 CO₂ 浓度、Ni 负载量和反应温度的增加, 甲苯转化率和 H₂ 产率升高. 在 800 ^oC, CO₂/PhCH₃ 摩尔比为 0.2~0.26 时, 甲苯转化率达最高; 而在 CO₂/PhCH₃ 摩尔比为 0.2 时, H₂ 产率最高. 催化剂上积炭量随 CO₂ 浓度的增加和反应温度的升高而显著降低.     

纳米铁基催化剂在CO2加氢制烃中的性能

使用尿素沉淀凝胶、机械混合和等体积浸渍相结合的方法, 制备了一系列的纳米尺寸FeK-M/γ-Al₂O₃(M=Cd, Cu)催化剂, 采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N2物理吸附、X射线衍射(XRD)光谱和H₂程序升温还原(H₂-TPR)仪对催化剂进行表征, 并在小型固定床反应器上考察其对CO₂加氢反应的催化性能. 结果表明:3 MPa, 400 °C, 3600 h^-1, H₂/CO₂摩尔比为3 的条件下, 15%(w, 下同)Fe10%K/γ-Al₂O₃催化剂可稳定运行100h 以上, CO₂转化率为51.3%, C₂₊烃类的选择性达62.6%. Fe 含量降至2.5%时, C₂₊烃类的选择性仍能达到60.0%. 随着K含量由0%增加至10%, 低碳烯烃选择性增加, 烯烷比增加至3.6. Cd和Cu助剂可促进Fe 物种的还原, 改善目的产物的分布, 其中Cu的加入使低碳产物烯烷比增至5.4, Cd的加入使C₅₊产物选择性增加了12%.     

钾调变Mo/SBA-15催化剂用于乙烷选择氧化制乙醛

采用两步浸渍法制备钾改性的Mo/SBA-15 催化剂. 采用N₂吸附,X射线衍射（XRD）,透射电镜（TEM）,紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱,拉曼（Raman）光谱,NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）,CO₂程序升温脱附（CO₂-TPD）,H₂程序升温还原（H₂-TPR）等手段表征催化剂的物理化学性质. 研究结果表明,在Mo_0.75/SBA-15 中添加K之后,有新物种钾钼酸盐生成,并且当K/Mo的摩尔比不同时,钼物种的存在状态也不同. 添加钾之后,催化剂的活性和总醛（甲醛、乙醛、丙烯醛）的选择性均有所提高,并且受钾的添加量影响. 在575 ℃时,在K_0.25-Mo_0.75/SBA-15催化剂上醛的收率可高达8.5%（摩尔分数）.     

非负载型铁催化剂上二氧化碳加氢制低碳烯烃

研究了非负载型铁催化剂上CO₂加氢制低碳烯烃反应.结果显示,添加碱金属可显著提高铁催化剂上的CO₂转化率和烯烃选择性.在经K和Rb修饰的Fe催化剂上,CO₂转化率可达约40%,烯烃选择性达到50%以上,其中C₂~C₄烯烃收率超过10%.催化剂表征结果表明,碱金属促进了催化剂中碳化铁的生成,这可能是催化剂性能提高的一个关键原因.随着K含量由1 wt%增加至5 wt%,CO₂转化率及烯烃选择性均升高.但K含量过高时,催化剂活性降低.这可能是由于催化剂比表面积和CO₂化学吸附量降低所致.当K含量为5%~10%时,K-Fe催化剂上烯烃收率较高; 进一步添加适量的硼可进一步提高烯烃选择性,且CO₂转化率下降不大.     

Ce助剂对V/SiO2催化CO2氧化乙苯脱氢性能的影响

通过N₂吸附、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、CO₂程序升温脱附(CO₂-TPD)和热重分析(TGA)等多种表征手段和催化反应性能评价,研究了铈助剂的添加对V/SiO₂催化CO₂氧化乙苯脱氢性能的影响. 结果表明,Ce助剂不仅提高了催化剂活性组分分散性和氧化还原性能,抑制了钒物种的深度还原,而且增强了催化剂碱性和CO₂吸附能力,减缓了积炭生成,从而显著提高了V-Ce/SiO₂对CO₂氧化乙苯脱氢反应的催化活性和稳定性. 在本实验中,V(0.8)-Ce(0.25)/SiO₂催化剂表现出最佳的催化性能,苯乙烯(ST)收率可达55.6%,选择性为98.5%,反应12 h 后,催化剂活性基本不变,与惰性N₂气氛比较,CO₂明显促进了乙苯脱氢反应,归因于CO₂能保持催化剂表面钒物种的高价态.     

Mo 和 Cu 助剂对 FeK/SiO2 催化剂费托合成性能的影响

 研究了 Mo 和 Cu 助剂对 FeK/SiO₂ 催化剂的性质及费托 (F-T) 合成性能的影响. 采用 N₂ 物理吸附、H₂ 程序升温还原、X 射线衍射、穆斯堡尔谱和 X 射线光电子能谱技术对催化剂进行了表征. 结果表明, Mo 加入后与 Fe 产生了较强的相互作用, 抑制了催化剂的还原和碳化; Cu 助剂的加入促进了催化剂的还原和碳化; 当 Mo 和 Cu 共同加入后, 催化剂的还原和碳化行为与单独加入 Cu 助剂时相似. 催化剂 F-T 合成性能在固定床上于 280 ^oC, 1.5 MPa, 2 000 h^-1, H₂/CO = 2.0 的合成气中测试. 结果表明, Mo 的加入降低了催化剂活性, 但提高了重质烃 (C₅₊) 的选择性; Cu 的添加提高了催化剂的活性, 但对稳定 C₅₊选择性作用不明显. Mo 和 Cu 共同加入后, 催化剂既表现出较为稳定的 C₅₊选择性, 同时其活性也没有降低.     

助剂对Ni/SiO2催化剂微观结构及二硝基甲苯催化加氢性能的影响

采用等体积浸渍法制备了负载型Ni/SiO₂催化剂,研究了Ce、Zr、La、Co和Fe助剂对催化剂微观结构及其催化二硝基甲苯（DNT,C₆H₃CH₃（NO₂）₂）加氢制备甲苯二胺（TDA,C₆H₃CH₃（NH₂）₂）性能的影响。通过XRD,BET,H₂-TPD、H₂-TPR和XPS技术对催化剂进行了表征。结果表明,助剂的引入促进了Ni物种在载体表面的分散,减小了Ni晶粒的尺寸,使得NiO晶粒更易还原。添加La、Fe和Zr助剂增加了有效的Ni活性中心数,有利于催化活性的提高,其中,添加La助剂制备的催化剂催化性能最优,DNT转化率和TDA选择性分别为98.1%和99.1%。但Co和Ce助剂的加入降低了化学氢吸附量,使得有效的Ni活性中心数降低,降低了催化剂的催化活性。     

不同沉淀剂制备CuO-ZnO催化剂甲醛乙炔化反应性能

分别以NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃为沉淀剂,采用共沉淀法制备了Cu：Zn摩尔比为2：1的CuO-ZnO催化剂,利用氢气程序升温还原（H₂-TPR）、热重（TG）、X射线衍射（XRD）及拉曼光谱（Raman）等技术对催化剂进行了表征,结合甲醛乙炔化活性评价,研究了沉淀剂对催化剂结构及催化性能的影响.结果表明,不同沉淀剂对催化剂中活性组分分散度有较大影响,进而在甲醛乙炔化合成1,4-丁炔二醇反应中表现出不同的催化活性.以Na₂CO₃为沉淀剂制备的催化剂中形成CuO-ZnO固溶体,提高了CuO的分散度及Cu⁺在还原性气氛下的稳定性,经活化后可生成较多的活性物种炔化亚铜,表现出最佳的炔化反应活性与1,4-丁炔二醇选择性.     

助剂对Ni/γ-Al2O3催化剂上多环烃JP-10重整制氢反应性能的影响

采用等体积浸渍法制备了碱金属Na、碱土金属Mg以及稀土金属Ce改性的15% Ni-5% M/γ-Al₂O₃镍基负载型催化剂（标记为NMA,M=Na、Mg、Ce）。通过XRD （X射线衍射）、N₂吸附-脱附、H₂-TPR （H₂-程序升温还原）、TEM （透射电镜）、NH₃-TPD （NH₃-程序升温脱附）、TG （热重）和拉曼光谱技术对催化剂的物相、织构、表面性质等进行了表征分析,并在微通道反应器内研究了多环烃挂式四氢双环戊二烯（JP-10）催化重整制氢性能。结果表明,不同助剂的加入均在一定程度上提高了Ni/γ-Al₂O₃（NA）催化剂的活性和抗积碳性能。其中,NNaA催化剂的表面活性镍物种的浓度最高,颗粒尺寸最小,且其表面总酸量较低,在高温重整反应中对活性组分镍的抑制聚集作用最为明显,从而使其获得最佳的改性效果。在常压、750℃、水碳比（S/C）为2.4、重时空速（WHSV）为472 h^-1条件下,NNaA催化剂上JP-10的转化率和H₂选择性分别可达82.9%和73.3%,而积碳量仅为0.53 mg·g_feed^-1。反应后该催化剂的积碳多为丝状碳,而其他催化剂的积碳多为无定形碳。     

特定碱性MgO纳米晶暴露晶面上铁基催化剂及其费-托合成反应的研究

本研究采用等量浸渍法、化学沉淀法和超声浸渍法合成了一系列具有良好外露晶面的Fe/MgO催化剂。采用X射线粉末衍射、高分辨透射电子显微镜、CO₂程序升温脱附、H₂程序升温还原、X射线光谱学和N₂物理吸附等物理化学方法对催化剂进行了表征。MgO纳米晶载体的碱性会影响费-托合成产物的选择性。在超声浸渍过程中,MgO纳米晶载体的碱性得到了保持。研究结果显示,Fe/MgO催化剂的碱性会提高CO解离速率和产物中烯烃的选择性。此外,相比于MgO（100）晶面,MgO（111）晶面负载铁基催化剂具有更高的活性（TOF）和烯烃选择性。MgO（111）晶面上更有利于CO的吸附,抑制二次加氢反应,提高产物中烯烃的收率。     

Direct and Highly Selective Conversion of Synthesis Gas into Lower Olefins: Design of a Bifunctional Catalyst Combining Methanol Synthesis and Carbon–Carbon Coupling

The direct synthesis of lower (C₂ to C₄) olefins, key building‐block chemicals, from syngas (H₂ /CO), which can be derived from various nonpetroleum carbon resources, is highly attractive, but the selectivity for lower olefins is low because of the limitation of the Anderson–Schulz–Flory distribution. We report that the coupling of methanol‐synthesis and methanol‐to‐olefins reactions with a bifunctional catalyst can realize the direct conversion of syngas to lower olefins with exceptionally high selectivity. We demonstrate that the choice of two active components and the integration manner of the components are crucial to lower olefin selectivity. The combination of a Zr–Zn binary oxide, which alone shows higher selectivity for methanol and dimethyl ether even at 673 K, and SAPO‐34 with decreased acidity offers around 70 % selectivity for C₂–C₄ olefins at about 10 % CO conversion. The micro‐ to nanoscale proximity of the components favors the lower olefin selectivity.     

Ni助剂FeMnK/SiO2费托合成催化剂的结构性质及还原碳化行为研究

研究了Ni助剂对共沉淀型FeMnK/SiO2催化剂的结构性质和还原炭化行为的影响。结果表明，添加少量Ni助剂提高了催化剂的比表面积，降低了平均孔径，促进了催化剂中铁氧化物的分散。在H2-TPR中，Ni助剂降低了催化剂的还原温度；在CO-TPR中，Ni助剂使催化剂的还原和炭化峰前移，提高了氧的移除速率，增加了碳的引入量；在合成气等温还原中，Ni助剂提高了催化剂的活化速率，在相同的还原时间内可获得更高的F-T合成反应活性。     

Ce-Cu-Co/CNTs催化剂催化合成气制低碳醇及乙醇的研究

采用共浸渍法制备了不同Ce含量的Ce-Cu-Co/CNTs 催化剂, 考察了其在合成气制低碳醇反应中的催化性能, 借助X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H₂-TPR)、N₂吸脱附实验(BET)、透射电镜(TEM)和CO程序升温脱附(CO-TPD)对这些催化剂进行了表征. 结果表明, 当Ce的质量分数为3%时, 低碳醇的时空收率和选择性达到最高, 分别为696.4 mg·g^-1·h^-1和59.7%, 其中乙醇占总醇的46.8%, 适量Ce的添加能提高Cu物种在催化剂上的分散度和催化剂的还原性能, 能显著地增加催化剂吸附CO的能力, 促进合成醇活性位的形成, 进而明显提高催化剂的活性和总醇的选择性. 研究表明, 将具有高活性和高碳链增长能力的CuCo基催化剂与碳纳米管的限域效应结合, 可实现缩窄产物分布、大幅度提高乙醇选择性的目的.     

Study of K/Mn-MgO Supported Fe Catalysts with Fe（CO）5 and Fe（NO3）3 as Precursors for CO Hydrogenation to Light Alkenes

Two K/Mn-MgO supported catalysts were prepared by Fe（CO）5 and Fe（NO3）3 as precursor respectively. The obtained Fe-K/Mn-MgO catalysts were tested for CO hydrogenation to light alkenes and characterized by X-ray powder diffraction （XRD）, X-ray photoelectron spectra （XPS）, H2 temperature-programmed reduction （H2-TPR）, H2 CO and CO2 temperature-programmed desorption （H2, CO/CO2-TPD） and transmission electron microscope （TEM） The results indicated that the catalyst with 10 wt% Fe loading prepared by Fe（CO）5 as precursor showed better performance in syngas to light alkenes than ones obtained from Fe（NO3）3 as precursor, where the CO conversion was 62.50% and the selectivity was 55.95% at 350 ℃, 1.5 MPa and 1000 h^-1, respectively.     

Fischer–Tropsch Synthesis by Carbon Dioxide Hydrogenation on Fe-Based Catalysts

Impregnated and co-precipitated, promoted and unpromoted, bulk and supported iron catalysts were prepared, characterized, and subjected to hydrogenation of CO₂ at various pressures (1–2 MPa) and temperatures (573–673 K). Potassium, as an important promoter, enhanced the CO₂ uptake and selectivity towards olefins and long-chain hydrocarbons. Al₂O₃, when added as a structural promoter during co-precipitation, increased CO₂ conversion as well as selectivity to C₂₊ hydrocarbons. Among V, Cr, Mn and Zn promoters, Zn offered the highest selectivity to C₂–C₄ alkenes. The different episodes involved in the transformation of the catalyst before it reached steady-state were identified, on the co-precipitated catalyst. Using a biomass derived syngas (CO/CO₂/H₂), CO alone took part in hydrogenation. When enriched with H₂, CO₂ was also converted to hydrocarbons. The deactivation of impregnated Fe–K/Al₂O₃ catalyst was found to be due to carbon deposition, whereas that for the precipitated catalyst was due to increase in crystallinity of iron species. The suitability of SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, HY and ion exchanged NaY as supports was examined for obtaining high activity and selectivity towards light olefins and C₂₊ hydrocarbons and found Al₂O₃ to be the best support. A comparative study with Co catalysts revealed the advantages of Fe catalysts for hydrocarbon production by F–T synthesis.     

Study of Manganese Promoter on a Precipitated Iron-Based Catalyst for Fischer-Tropsch Synthesis

The effects of Manganese(Mn)incorporation on a precipitated iron-based Fischer-Tropsch synthesis(FTS)catalyst were investigated using N_2 physical adsorption,air differential thermal analysis (DTA),H_2 temperature-programmed reduction(TPR),and M(?)ssbauer spectroscopy.The FTS perfor- mances of the catalysts were tested in a slurry phase reactor.The characterization results indicated that Mn increased the surface area of the catalyst,and improved the dispersion ofα-Fe_2O_3 and reduced its crystallite size as a result of the high dispersion effect of Mn and the Fe-Mn interaction.The Fe-Mn inter- action also suppressed the reduction ofα-Fe_2O_3 to Fe_3O_4,stabilized the FeO phase,and(or)decreased the carburization degree of the catalysts in the H_2 and syngas reduction processes.In addition,incorporated Mn decreased the initial catalyst activity,but improved the catalyst stability because Mn restrained the reoxidation of iron carbides to Fe_3O_4,and improved further carburization of the catalysts.Manganese suppressed the formation of CH_4 and increased the selectivity to light olefins(C_(2-4)~=),but it had little effect on the selectivities to heavy(C_(5 )) hydrocarbons.All these results indicated that the strong Fe-Mn interaction suppressed the chemisorptive effect of the Mn as an electronic promoter,to some extent,in the precipitated iron-manganese catalyst system.