浸钴熔铁氨合成催化剂的研究

浸钴熔铁氨合成催化剂的研究王文祥，刘照穹，张元珍，苏运来，秦春玲，关新新，董维阳（郑州大学催化研究室，４５００５２）熔铁催化剂用于合成氨工业已有８０多年的历史。多年来为了提高催化活性，特别是低温活性，对改变组成的研究试验不计其数。由于熔铁催化剂机械强...     

低温高活性氨合成铁锰催化剂

催化剂;催化活性;低温高活性氨合成铁锰催化剂     

还原温度对Co-La-Zr／AC催化剂合成气制高碳混合醇性能的影响

采用共浸渍法制备了Co-La-Zr/AC催化剂并考察了不同温度还原的催化剂的CO加氢催化性能. 结果表明,在3.0 MPa, 495 K, H2/CO(V/V)=2和GHSV=500 h-1 条件下,经703 K还原的催化剂, CO的转化率和醇的选择性分别为59.1%和42.0%, 其中C6～C18 的高碳醇在总醇中占到50.4%. XRD结果显示,反应后催化剂的主要物相为金属态的钴和碳化钴(Co2C). 还原温度可影响催化剂中钴的晶粒分散度和碳化钴的生成. 碳化钴的形成可能在合成气生成醇类的反应中起重要作用.     

低温高活性熔铁催化剂上的超临界相费托合成反应

在固定床反应器中超临界相条件下研究了熔铁催化剂上的费托合成反应,发现在超临界介质中反应物和产物更容易扩散,较好地抑制了催化剂表面非活性碳的沉积,从而提高了费托合成反应中的CO转化率和烯烃选择性,增加了链增长因子,降低了甲烷选择性.同时,考察了超临界介质、反应温度、压力、H2/CO比和空速等条件对费托合成反应的影响.结果表明,C5-8正构烷烃在催化剂活性温度下都是适宜的超临界介质.当温度和压力都在介质的临界点以上时,介质表现出较好的传质与传热性能,可改善费托合成反应性能.     

铁,钴催化剂对Kolbel—Engelhardt反应的催化作用

研究了在0.1—2.4MPa条件下三种不同的铁、钴催化剂对Kolbel-Engelhardt反应的催化活性。对于Fe-Co/SiO_2催化剂,在300℃下,CO转化率可从0.1MPa时的64%提高到2.4MPa时的71%,出口气中混合烃的浓度则从1%提高到8.1%,烃产率达160mmol/g-cat·h。烃类产物符合链增长的Schulz-Flory分布,烃类产物中烷烯烃比例及支、直链比例也随压力而变化。实验结果还表明,由一氧化碳歧化引起的结碳现象不严重(<5%)。     

碳纳米管封装铁纳米粒子催化剂上CO加氢制低碳烯烃

由于石油资源的逐步枯竭,近年来费托(F-T)反应因其可以高效将煤、天然气和生物质等转化成液体燃料和高值化学品而越来越受到人们的关注。相比于Co, Ni和Ru等F-T催化剂, Fe基催化剂因其价格低廉,产物分布广而被广泛研究。以合成气直接制备低碳烯烃的F-T过程为例,铁基催化剂通常会因积碳和烧结的问题,而导致失活。因此,人们通常使用一些氧化物载体,比如氧化硅,氧化铝或者分子筛来分散并稳定铁粒子。但是这类氧化物载体通常与铁有非常强的相互作用,特别是在铁粒子较小的情况下,容易生成一些难于还原的硅酸铁和铝酸铁。而活性炭、碳纤维等惰性载体与铁的相互作用较弱,不足以稳定小的铁粒子在而反应过程中聚集。近来,我们组提出了利用石墨烯碳层封装过渡金属粒子作为催化剂,利用“穿透”的金属电子来催化反应,从而可以使活性中心和反应介质隔离,有效地增强了非贵金属催化剂的活性和稳定性。在此基础上,我们组和其他课题组的研究表明,一系列石墨烯碳层封装的非贵金属催化剂在燃料电池阴极氧还原反应,电催化析氢反应,染料敏化太阳能电池中的I3–还原反应以及催化氧化还原反应中都有着广泛的应用前景。这种材料中碳层不仅能在氧化气氛、酸性介质中保护包覆的金属,防止其被氧化或者腐蚀,还与包覆的金属有着较强的相互作用,可以促进非贵金属的电子向碳层表面的转移,有望在一些苛刻的反应条件下实现对贵金属催化剂的替代。本文进一步拓展了其在高温反应中的应用,发现豆荚状碳纳米管封装的金属铁纳米粒子在合成气制备低碳烯烃中可以有效防止金属铁纳米粒子的烧结和聚集,因此表现出优异的低碳烯烃选择性和催化稳定性。我们利用一步化学反应法合成了豆荚状碳纳米管封装的铁纳米粒子催化剂(Pod-Fe),并通过酸洗除去碳管外面裸露的铁粒子。透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)表明酸洗后铁粒子被包覆在碳管内,并且呈金属态,而酸洗前,则还有大量的氧化铁粒子分布于碳管外部(FeOx/Pod-Fe)。将酸洗前后的两个催化剂用于固定床气相F-T反应中。通过调节空速和温度考察了它们的催化反应性能,结果表明两个催化剂在不同的反应条件下都有着良好的低碳烯烃选择性。不同反应温度下,它们表现出不同的变化趋势：Pod-Fe活性随着温度的升高而缓慢增长,至380 oC都没有明显的失活现象;而对于FeOx/Pod-Fe催化剂,随着温度的升高, CO的转化率先升高,在300 oC时达最高,但随着温度进一步升高,活性迅速降低,呈现一个火山型曲线。 TEM结果发现,反应后FeOx/Pod-Fe催化剂粒子上产生了很多杂乱的碳丝,并且铁粒子有着明显的聚集长大。而Pod–Fe催化剂即使在380 oC反应后,其形貌仍然保持完好,没有积碳产生,粒子也没有发生聚集和长大。进一步在320 oC下120 h的寿命试验发现, Pod-Fe催化剂的初始活性较低,但经20 h的活化阶段,活性会先增加后略有下降,20 h后趋于稳定。而FeOx/Pod-Fe催化剂在反应初始虽然表现出较高的活性,但是随着时间进行,活性迅速下降一半以上,最后趋于稳定。同时结合反应后TEM和XRD的结果发现碳管外部裸露的铁粒子会在反应过程中形成碳化铁物种,并随着反应进行产生聚集,并伴有大量积碳,导致活性迅速下降;而碳层的包覆对于铁粒子有着很好的稳定作用,使得铁粒子能够在高温反应中保持稳定,并且没有积碳的产生。由此可见石墨烯碳层可以有效保护其包覆的金属粒子,并且能够提高其在高温反应下的低碳烯烃选择性和稳定性。此类催化剂有望在一些苛刻条件下的多相催化反应中得到广泛应用。     

助催化剂对Fe1-xO基氨合成催化剂还原性能的影响

当助催化剂存在是地，Ｆｅ１－ｘＯ基催化剂的还原性能明显优于Ｆｅ３Ｏ４基催化剂，其原因是铝、钾、钙的氧化物对催化剂母体相Ｆｅ１－ｘＯ和Ｆｅ３Ｏ４还原性能的影响不同。由于Ａｌ＾３＋大量地进入Ｆｅ３Ｏ４的晶格而强烈地阻止Ｆｅ３Ｏ４的还原，只有少量的Ａｌ＾３＋能进入Ｆｅ１－ｘＯ晶格，因此对Ｆｅ１－ｘＯ的还原影响很小；     

助催化剂对Fe1-xO基氨合成催化剂活性的影响研究

用高温熔融法制备了不同化学组成的氨合成铁基催化剂。利用催化反应评价、物理吸附技术、ＸＲＤ和Ｍｌｓｓｂａｕｅｒ谱技术研究了助催化剂对Ｆｅ１－ｘＯ基和Ｆｅ３Ｏ４基催化剂的活性、比表面积和孔结构的影响。     

乙醇对合成醇用Cu-Co-Fe催化剂的修饰效应

乙醇对合成醇用Ｃｕ┐Ｃｏ┐Ｆｅ催化剂的修饰效应徐杰王向宇杜宝石（郑州大学化学系，郑州４５００５２）辛勤李灿（中国科学院大连化学物理研究所，大连１１６０２３）关键词铜，钴，铁，合成醇，乙醇，修饰作用分类号Ｏ６４３／Ｏ６４７自７０年代以来，已对多种ＣＯ加...     

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.     

酸处理活性炭对其负载的Co-Zr-La催化剂上CO加氢制高碳醇反应性能的影响

以不同浓度硝酸处理的活性碳(AC)为载体,制备了Co-Zr-La/AC催化剂,并考察了其催化CO加氢制备高碳醇(C6以上)的反应性能.通过Boehm滴定法和N2物理吸附考察了各AC的表面性质,并采用CO化学吸附、程序升温还原和X射线衍射对催化剂进行了表征.结果表明,经硝酸处理后,AC表面酸性基团(如羧基和内酯基)的数量...     

CO2加氢制低碳醇CuFe基催化剂中的Mn助剂效应

采用共沉淀法制备了一系列Mn掺杂的CuFeZnK催化剂, 研究了Mn助剂对催化剂的结构及催化CO₂加氢制低碳醇合成性能的影响. 结果表明, 引入适量的Mn(质量分数2.1%)能有效提高低碳醇的选择性和时空收 率(STY), 在320 ℃和5 MPa的条件下, CO₂的转化率为29.4%, 低碳醇选择性(CO-free)达到23.2%, 时空收率达到41.1 mg·{\mathrm{g}}_{\mathrm{c}\mathrm{a}\mathrm{t}}^{-\mathrm{1}}·h^?1, 且低碳醇在总醇中的比例达到96.9%. 利用X射线衍射(XRD)、 N₂吸附-脱附实验、 X射线光电子能谱(XPS)、 透射电子显微镜(TEM)和氢气程序升温还原(H₂-TPR)等手段对制得催化剂进行表征, 结果表明, 适量Mn可以起到结构助剂的作用, 减小Cu颗粒尺寸的同时促进Fe₅C₂相的形成, 从而构建丰富的Cu-Fe₅C₂活性界面, 用于低碳醇合成. 而过量的Mn反而会堵塞催化剂的孔道, 覆盖活性位点, 降低了催化性能.     

固载Ru基催化剂上二氧化碳加氢合成甲酸Ⅱ反应条件对催化剂性能的影响

The synthesis of formic acid from carbon dioxide and hydrogen using a silica immobilized ruthenium catalyst as precursor has been studied in different reaction conditions. The results revealed that the TOF （turn over frequency） of HCOOH achieved 1481.5 h^-1 on immobilized ruthenium catalyst near the critical pressure point of CO2 with H2 pressure of 4.0 MPa, reaction temperature of 80℃ and PPh3/Ru molar ratio of 6：1. The reaction activity of immobilized catalyst was higher than that of homogeneous catalyst, and the immobilized catalyst also offered the practical advantages such as easy separation and reuse.     

合成醇催化剂中组分间的相互作用

近年来,CO/H_2催化合成低碳混合醇的研究受到广泛的关注。低碳混合醇可作为掺合汽油的助溶剂、燃料和代油品,一经分离则是非常重要的化工原料,应用价值很大。催化剂是合成过程的关键,七十年代以来该领域研究取得很大进展,如美国Dow公司开发的MoS_2体系,意大利Sham公司研制的“甲基燃料”合成催化剂及法国IFP开发的混合氧化物型“乙基燃料”合成催化剂等,引起人们的极大重视。催化剂的表面     

沉淀介质对合成醇Cu—Co—Fe系催化剂的影响

分别以水和乙醇为沉淀介质，按不同方法制备了低碳醇合成用Ｃｕ－Ｃｏ－Ｆｅ系催化剂，以乙醇为沉淀介质时，有利于提高生氏碳醇的活性和选择性，产物中正构醇含量增加，且不服从Ｓｃｈｕｌｚ－Ｆｌｏｒｙ方程分布方式，乙醇的存在，使沉淀体系中的杂质ＮａＮＯ３不易洗脱，催化剂还原温度提高；高的ＮａＮＯ３含量对进一步提高催化剂的活性和选择性不利，吸附实验结果表明，乙醇预处理可提高催化剂对ＣＯ的不可逆吸附能力，提高还原