高分散费-托合成铁/活性炭催化剂的研究——Ⅰ.铁/活性炭催化剂的恒温还原及其穆斯堡尔谱

使用原位穆斯堡尔谱研究了非担载铁氧化物和不同担载量的铁/活性炭催化剂在不同温度下的还原,详细分析了活性炭载体上高分散超顺磁铁物类的穆斯堡尔谱。还原前铁/活性炭催化剂中的铁物类为结构松散的α-Fe_2O_3和没有充分脱水的氧化铁,铁的担载量不很小时可经Fe_3O_4还原到金属态,但活性炭载体可稳定Fe~(3+)使之难以还原,在500℃氢气中大部分铁才还原为金属。铁的担载量很小时,其还原以Fe~(2+)为中间产物,0.2%Fe/AC氢气化剂在500℃氢气还原18小时生成磁分裂金属铁和超顺磁金属铁(δ=0.37mm/s,△=0,H=0),其正的同质异能移表示了铁-活性炭间的电荷转移。     

铁/活性炭催化剂的穆斯堡尔谱研究 Ⅱ.Fe/C催化剂中金属和载体的相互作用

用浸渍法制得了不同铁含量的Fe(NO_3)_3·9H_2O/活性炭前驱态催化剂,然后在氩气中经不同温度处理,进行原位穆斯堡尔谱考察。结果表明,金属组分与载体之间存在着程度不同的相互作用,并且这种作用随着铁含量的增加而减弱。此外,这种作用还与活性炭表面的能量、位置以及α-Fe_2O_3的颗粒大小密切相关。研究发现,当催化剂热处理温度为600℃时,磁分裂Fe_3O_4向超顺磁Fe_3O_4转化,表明Fe_3O_4在活性炭表面再分散,进而推断Fe(x)(一种高分散还原态铁物类)可能是由超顺磁Fe_3O_4还原得到的。本文还就α-Fe_2O_3在活性炭表面的分散过程进行了讨论。     

高分散费-托合成/铁活性炭催化剂的研究——Ⅱ.铁-锰催化剂的恒温还原及其穆斯堡尔谱

使用原位穆斯堡尔谱考察了非担载铁-锰氧化物和铁-锰/活性炭(Fe-Mn/AC)催化剂在不同温度下的还原。还原前Fe-Mn/AC催化剂中存在的为超顺磁α-(Fe_1-_xMn_x)_2O_3和没有充分脱水的铁-锰氧化物。铁的还原同时受铁-锰和铁-活性炭相互作用的影响,载体活性炭使F~(3+)相对稳定而难以还原,锰则促进铁还原到Fe~(2+)并形成相对稳定的FeO-MnO固溶体而难以还原到Fe~0。对4%Mn-8%Fe/AC催化剂,即使在500℃氢气中处理,仍有相当数量的Fe~(3+)和Fe~(2+)不能还原。     

氢还原下铁钼催化剂的表面性质

用XPS对H_2还原下的铁钼催化剂的表面性质进行了研究。实验表明:H_2还原使表面钼离子由Mo~(6+)还原为Mo~(5+)和Mo~(4+),并与Fe~(3+)作用氧化为Mo~(6+);Fe~(3+)则由于与Mo~(5+)和Mo~(4+)作用以及H_2还原而变为Fe~(2+),从而形成了一个没有O_2存在,仅有H_2作用下的Mars-Krevelen氧化还原循环过程。在催化剂表面上生成的FeMoO_4,其Mo~(6+)的3d3/2和3d5/2的结合能值比Fe_2(MoO_4)_3中的Mo~(6+)的3d能级结合能值低。Mo(或Mo和Fe)离子键合的O~(2-)与H_2作用生成的Mo(Fe)-OH,其Os结合能的测定值低于键合于Mo(Fe)离子中的O~(2-)的Os结合能值,并且该结合能峰由于-OH间的相互作用结合成的水的脱附而消失。此外.给出了还原过程中H_2与催化剂表面O~(2-)相互作用的反应图式。     

费-托合成铁-钼/活性炭催化剂还原和碳化的穆斯堡尔谱研究

以原位穆斯堡尔谱研究了活性炭担载的费-托合成铁-钼双金属催化剂的还原和碳化行为。在H_2中不同温度下还原催化剂,其中的Fe~(3+)还原为Fe~(2+),进而还原为Fe~0。但在400—450℃间发生了还原铁物类的再氧化现象,可归因于磷钼酸根Keggin结构的热分解。在500℃H_2中,铁和钼都还原为金属并形成合金,其穆斯堡尔谱为一单峰,同质异能移为-0.16mm/s。再在300℃合成气(2H_2/CO)中碳化,可生成Fe-Mo碳化物(Fe_(1-y)Mo_y)_xC,穆斯堡尔谱为δ～0.17mm/s,△～0.64mm/s的双峰。     

氧化铁在TiO2上的分散状态及其物理化学表征

采用(NH_4)_3[Fe(C_2O_4)_3]·xH_2O稀水溶液含浸,Fe(NO_3)_3·9H_2O水溶液饱和浸渍以及Fe(AcAc))_3的甲苯溶液热吸附方法制备了在TiO_2(锐钛矿)上分散的氧化铁体系。用多种物理化学手段进行了表征,结果表明由含浸和热吸附法制备的样品中,负载组分FeO_x很容易充分分散或单层分散,这些单层物种很难被XRD,FTIR-DRS或LRS所检测,单层分散的Fe~(3+)处于高自旋态,具有较小的正交畸变配位对称性,但不是孤立四面体的配位结构,没有发现置换Fe~(3+)的存在。实验结果还表明,由XPS的电子结合能数据鉴别Fe~(3+)和TiO_2表面相互作用的强弱是困难的,充分分散的FeO_x表面物种在973K的还原温度下其Fe~(2+)尚不能被进一步还原,在TiO_2(锐钛矿)表面上单层分散的Fe—O多面体仍然是丁烯ODH反应的有效活性位。单层型催化剂的选择性不同于晶相a-Fe_2O_3,且与是否存在气相氧密切相关。     

氧化铁/γ-Al2O3催化剂的载体与活性组分的相互作用

用浸渍法制备了含3％Fe_2O_3的载体为γ-Al_2O_3的负载型氧化铁催化剂,并用MB,TEM,ESCA和AES对该催化剂在水煤气变换反应的各个阶段进行了测试。结果表明,在反应前催化剂上存在一种类似于FeAlO_3的含Fe~(3+)和Al~(3+)的表面氧化物。在反应条件下还原后,同时存在类似于FeAlO_3,FeAl_2O_4和Fe_3O_4的表面化合物,并且铁离子的分散度也提高了。     

乙苯脱氢铁系催化剂的穆斯堡尔谱研究

用穆斯堡尔法对乙苯脱氢铁系催化剂在反应条件下进行了研究。结果表明,反应前催化剂中的铁主要以α-Fe_2O_3和α-FeOOH的形式存在,在反应中主要组分为Fe_3O_4。用K_2CO_3和α-Fe_2O_3在高温下加热可以生成KFeO_2,后者在室温下很不稳定,在同样条件下很容易转化为Fe_3O_4。但钾的存在可促进催化剂中Fe~(3+)还原为Fe~(2+),有利于电子的交换,对催化活性起着助催作用。     

氧化铁在γ—Al2O3上的分散状态及对反应性能的影响

采用(NH_4)_3[Fe(C_2O_4)_3]·XH_2O的水溶液含浸,Fe(NO_3)_3·9H_2O水溶液饱和浸渍以及Fe(AcAc)_3的甲苯溶液热吸附三种方法制备了在γ-Al_2O_3上分散的氧化铁体系。用多种物理化学手段对用不同方法制备的分散体系进行了细致的表征和比较,结果表明用第一和第三种方法制备的样品中Fe~(3+)是充分分散或单层分散的,但用饱和浸渍法制备时即使在低的载量时(3wt％Fe_2O_3)仍有氧化铁微晶。对于Fe_2O_3/γ-Al_2O_3,分散的结构状态还强烈地依赖于制备条件(参数)的选择。单层分散的Fe~(3+)处于高自旋态,具有正交畸变的局部配位对称性。单层分散的Fe~(3+)在氢气氛中即使升温至973K也只能被还原为Fe~(2+)状态。与单层MoO_x,VO_x,WO_x物种不同,单层分散的FeO_x物种既不能用XRD也很难被FTIR-DRS以及LRS所检测,丁烯脉冲反应表明单层的Fe~(3+)已可满足反应要求,但与晶相α-Fe_2O_3具有不同的选择性。CO脉冲实验表明与充分分散Fe~(3+)相关的晶格氧数目是少的而且较不活泼,流动态的CO+H_2反应结果表明,对于甲烷及其它低碳烃的生成主要取决于铁的价态而与分散的结构变化关系较小。在合成气中的程序升温反应结果进一步证实了这一结论。     

Fe2O3-Cr2O3的SOOI效应及其对(Fe,Cr)3O4催化性能的影响

用 XRD,TPD MS,SEM,LRS,Mossbauer谱和流动法 TPD 等技术,研究了Fe_2O_3-Cr_2O_3间的SOOI效应,发现这一效应的存在会导致(Fe,Cr)_3O_4催化剂相和表面相结构的变化。当Cr_2O_3>17%时,有新相生成;(Fe,Cr)_3O_4表面结构随Gr_2O_3从4.6增至21.2%时,由氧化性转变为还原性;当(Fe,Cr)_30_4表面的Fe~(3+)与Fe~(2+)表面浓度相当时,水煤气变换反应的比活性最好。     

SO_4~(2-)功能化处理对Fe_2O_3催化剂上氨选择性催化还原NO_x性能的促进机理研究

采用沉淀法制备了Fe(OH)_3和Fe_2O_3。通过硫酸化处理得到SO_4~(2-)/Fe(OH)_3和SO_4~(2-)/Fe_2O_3两种催化剂,并将其应用于氨选择性催化还原NO_x(NH_3-SCR)反应,研究了SO_4~(2-)功能化处理对Fe_2O_3催化剂上NH_3-SCR脱硝性能的促进机理。结果表明,与纯的Fe_2O_3相比,硫酸化处理得到的催化剂上SCR活性得到显著提升;其中,SO_4~(2-)/Fe(OH)_3表现出更加优异的催化性能,在250-450℃时NO_x转化率高于80%,且具有优异的稳定性和抗H_2O+SO_2性能。XRD、Raman、TG、FT-IR、H_2-TPR、NH_3-TPD和in situ DRIFTS等表征结果显示,硫酸功能化处理能抑制Fe_2O_3的晶粒生长,同时SO_4~(2-)与Fe~(3+)结合形成硫酸盐复合物,提高了催化剂表面酸性位点的数量和酸强度,抑制了Fe_2O_3上的氨氧化反应,从而提高了其脱硝催化性能。     

在甲苯选择性氧化反应条件下铁钼催化剂的物化性能

采用原位穆斯堡尔谱、XRD、XPS、IR和UVDRS等对Fe/Mo=0.67的Fe_2(MoO_4)_3和Fe/Mo=0.29的Fe_2(MoO_4)_3-4MoO_3样品进行了研究。实验结果表明,在甲苯氧化反应条件下,样品中一部分Fe_2(MoO_4)_3相还原为β-FeMoO_4。在反应温度(450℃)下通空气氧化,生成的β-FeMoO_4又氧化为Fe_2(MoO_4)_3。在甲苯选择性氧化中,易还原为β-FeMoO_4的样品,其甲苯选择性氧化活性较高。样品中的Fe~(3+)起着稳定Mo~(6+)的作用而Fe~(3+)还原为Fe~(2+)。在氧的作用下,Fe~(2+)再氧化为Fe~(3+),并使表面上吸附的氧转化为晶格氧。Fe_2(MoO_4)_3中的Mo~(6+)吸附甲苯分子,反应时,钼酸铁的表面晶格氧和甲苯反应使之生成苯甲醛和水。     

铁／活性炭催化剂中金属—载体相互作用的穆斯堡尔谱研究

以穆斯堡尔谱为主要手段研究了铁/活性炭催化剂的还原特性。发现铁在活性炭上有两种还原方式,相应地生成两种最终还原产物α-Fe和Fe(x)(δ=-0.10mm/s,△=0,H=0)。实验指出,Fe(x)是一种高分散的(d<25A)还原态铁物类,它的生成反映了铁/活性炭间较强的相互作用,这种相互作用的实质是铁与活性炭表面含氧(?)能团间的化学作用。     

丙烯选择氧化铋钼铁复氧化物催化剂组成,结构及性能的研究

采用XRD、Raman、XPS及催化剂性能评价等手段,考察了Bi_3(FeO_4)(MoO_4)_2和Fe_2(MoO_4)_3分别存在及两者共存时对Bi-Mo复氧化物体系催化性能的影响.结果表明,这两种含Fe物种的存在都有助于改善Bi-Mo系复氧化物催化剂对丙烯选择氧化反应的催化性能.但两者在作用机理上有所不同.Fe_2(MoO_4)_3本身无催化活性,但在反应条件下可部分还原为FeMoO_4形成Fe~(3+)/Fe~(2+)氧化还原对;且其地结构上与α-Bi_2(MoO_4)_3相匹配,这些因素都有助于促进催化体系中电子和氧物种的传递及催化剂表面活性中心的再生,从而提高催化性能.Bi_3(FeO_4)(MoO_4)_2在反应条件下也可形成Fe~(3+)/Fe~(2+)氧化还原对,但由于其Fe~(3-)所处的化学环境与Fe_2(MoO_4)_3很不相同,且Fe的含量也不及Fe_2(MoO_4)_3,因此它在促进催化体系中电子和氧物种的传递及催化剂表面活性中心的再生等方面的性能较差,但它对提高催化剂表面的活性中心(Bi-Mo对)数目有贡献.     

~(57)Fe 穆斯堡尔谱研究费-托合成铁催化剂 Ⅰ.担载型铁催化剂制备条件的考察

~(57)Fe 穆斯堡尔谱考察了担载型费-托合成铁催化剂(Fe/γ-Al_2O_3、Fe/SiO_2)的制备过程,对于浸溃铁盐的选择,干燥条件对铁物类分散度的影响,焙烧的作用以及铁物类与担体相互作用等给出了较多信息。     

固体炭对一氧化氮低温催化解离还原反应的影响——Ⅱ.复合催化剂中铁在载体炭上化学形态的研究

用~(57)Fe穆斯堡尔谱研究了炭载型复合催化剂中铁化学形态随温度的变化,及各活性组分、助剂对铁化学形态的影响;并通过ESR谱考察了复合催化剂中不同活性组分对铁在载体炭表面电子特性的影响。研究结果表明,复合催化剂中各活性组分、助剂和载体炭与铁之间存在着强相互作用。在350～650℃,载体炭可将铁从Fe_2O_3还原到Fe_3O_4、FeO、α-Fe和生成炭化铁。活性组分Cu和助剂K可改变催化剂中铁周围的电子密度,促进铁在载体炭上从高价态向低价态还原。同时还发现催化剂中Na和Cr对铁有很强的助分散作用。     

F—T合成Fe—Mn超细粒子催化剂的表面结构

本工作利用XPS研究了用于F-T合成的加K助剂的Fe-Mn超细粒子催化剂的表面结构,考察了制备方法和预处理条件对催化剂表面结构的影响。在合成气处理条件下,伴随着Mn向表面迁移并产生富集。催化剂表面显著富K;适当的Mmt和富集有利于提高低碳烯烃选择性,同时活性不会明显降低。催化剂还原可以用“内还原模型”来描述,依还原程度不同。表面形成不同的Fe~3+、Fe~(?)、Fe_3O_4、x-Fe(?)C(?)、Mn~(3+)、Mn~(3+)的混合物,Mn的加入促进了表面铁物种的还原与碳化,合成气氛下,催化剂表面形成了三种不同的表面碳物种:烃类碳、石墨型碳(284.6eV)以及碳化物碳(283.2eV)。     

甲苯选择性氧化制苯甲醛—Fe-Mo系催化剂的组成、结构及催化性能研究

制备了一系列Fe/Mo原子比不同的Fe-Mo系催化剂,测定了甲苯选择性氧化制苯甲醛的活性和选择性,采用XRD、比表面积测量、SEM、XPS、UVDRS等测试技术,考察了该系列催化剂的有关物理化学性质。结果表明,在催化剂中不生成固溶体,当 Fe/Mo原子比低于0.67时,催化剂为MoO_3和Fe_2(MoO_4)_3两相组成,当Fe/Mo原子比高于0.67时,物相为Fe_2O_3和Fe_2(MoO_4)_3,在催化剂表面上,Mo以 Mo~(6+)价态存在,并含有少量由于失氧而产生的 Fe~(2+)离子,当催化剂中Fe/Mo原子比为0.29时,催化活性和选择性最好,比表面积也较大,对影响该系列催化剂性能的有关因素进行了详细的讨论。     

以钒铁矿为原料制取五氧化二钒——关于征答(26)的讨论

一、含钒液铁吹炼钒渣钒是一种重要战略物资。钒矿有多种,其中出产在秘鲁的绿硫钒矿品位高(含钒19—30％)但储量较少,其矿物组成式为V_2S(+US)、VS_4。储量较多的钒铁矿(FeV_2O_4)同钛铁矿(FeTiO-3)一样与磁铁矿共生,这与V~(3+)、Ti~(4+)与Fe~(3+)三种离子半径相近有关,它们分别为74、68及64pm。故V~(3+)与Ti~(4+)离子可以取代磁铁矿中部分Fe_3O_4中Fe~(3+)离子,而生成FeV_2O_4与Fe     

铁基超细粒子催化剂结构与还原行为的Mssbauer谱研究

铁基超细粒子催化剂具有优良的F-T反应性能。本工作利用原位Mssbauer谱辅以XRD技术研究了含有钾助剂的F-T合成铁基超细粒子催化剂的结构与还原行为,考察了催化剂组成和第二金属组分(Mn,Zn,Mg)的影响。“纯”铁超细粒子催化剂在氢气中很容易经Fe_3O_4还原为零价铁。第二金属组分的引入,一方面阻碍了催化剂的还原,另一方面稳定了Fe~(2+)的存在而使其成为还原的主要中间相,这有利于反应条件下形成类尖晶石结构的活性相。对于Fe-Mn催化剂,上述效应随锰含量的增加而更趋显著。铁基超细粒子催化剂在氢气中的还原能力依“纯”Fe>Fe-Zn>Fe-Mn>Fe-Mg的顺序递减,这在一定程度上反映了铁与第二金属组分之间相互作用的强弱。