钯复合膜的研究进展

钯复合膜具有很高的透氢选择性以及良好的化学和热稳定性,一直是膜技术领域的研究热点。本文综述了近年来在钯复合膜透氢机理、钯膜制备方法以及钯膜反应器等方面的研究进展;着重讨论了近3年来钯复合膜制备方法的新进展,包括超临界条件下制备钯复合膜的新技术等内容;总结了钯复合膜在脱氢、部分氧化以及耦合反应过程中应用的一些代表性工作,并对钯复合膜制备与应用的发展趋势进行了展望。     

透氢钯复合膜的原理、制备及表征

钯及其合金膜由于具有透氢性好和耐高温的特点,除了用作氢气分离和纯化器外,还可以用作脱氢、制氢等反应的反应器,以实现反应和分离的一体化,并提高转化率和选择性.本文综述了钯基复合膜的原理、制备及表征,并重点介绍了本研究组的光催化镀膜工艺.     

透氢钯复合膜的原理、制备及表征

钯及其合金膜由于具有透氢性好和耐高温的特点,除了用作氢气分离和纯化器外,还可以用作脱氢、制氢等反应的反应器,以实现反应和分离的一体化,并提高转化率和选择性。本文综述了钯基复合膜的原理、制备及表征,并重点介绍了本研究组的光催化镀膜工艺。     

透氢钯复合膜的原理、制备及表征

钯及其合金膜由于具有透氢性好和耐高温的特点,除了用作氢气分离和纯化器外,还可以用作脱氢、制氢等反应的反应器,以实现反应和分离的一体化,并提高转化率和选择性。本文综述了钯基复合膜的原理、制备及表征,并重点介绍了本研究组的光催化镀膜工艺。     

钯以及钯—银／陶瓷复合膜的制备与表征

对用改进的化学镀新工艺制备的钯以及钯－银／陶瓷复合膜进行了表征。结果表明,在６２３－７７３Ｋ温度范围内,这两种复合膜对Ｈ２／Ｎ２和Ｈ２／Ａｒ的分离系数接近无穷大;氢气透过此复合膜服从Ｆｉｃｋ第一定律,氢气的体相扩散为速率控制步骤;其氢气渗透系数与温度成较好的Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ线性关系,氢气透过钯复合膜和钯－银复合膜的表观活化能分别为１０．８７４,８．２１６ｋＪ／ｍｏｌ,Ｑ值分别为１．６２×１０＾－     

膜催化研究——Ⅳ.钯-氧化铝/陶瓷复合膜

本文在无机氧化铝膜的基础上掺入钯,用sol-gel法制得钯-氧化铝/陶瓷复合膜,将该膜用于乙醇脱氢制乙醛反应,分别考察了反应温度、乙醇进样量以及内管惰性气体吹扫气流对乙醛产率的影响,并在相同条件下比较了常规反应器及单纯氧化铝膜反应器的结果.实验数据表明,氧化铝膜中掺入钯后可显著提高乙醛产率.本文测定了该复合膜的H_2/Ar分离系数、孔径分布,并利用电子显微镜、X射线衍射等手段对其进行了表征.     

丙烷脱氢制丙烯研究进展

介绍了丙烷脱氢制丙烯的研究现状。包括丙烷催化脱氢的热力学、脱氢技术丙烷在膜反应器中脱氢及以氧气和二氧化碳作氧化剂的丙烷氧化脱氢。     

水蒸汽对负载型催化剂丙烷脱氢性能的影响：Ⅰ.反应性能的研究

研究了ＭｇＡｌ２Ｏ４，ＺｎＡｌ２Ｏ４负载的Ｐｔ－Ｓｎ催化剂在氮气及水蒸汽中的丙烷脱氢性能。考察了还原温度，反应温度，催化剂载量对Ｐｔ－ＳＳｎ／ＭｇＡｌ２Ｏ４催化剂丙烷脱氢性能的影响。     

溶胶-凝胶制备技术与新型催化材料Ⅳ.用新的化学镀饰过程制备钯金属复合膜

提出钯金属复合膜制备的一种新化学镀饰过程，由衬底活化和金属自催化沉积两个主要步骤构成，一般的化学镀饰过程用Ｐｄ（Ⅱ）／Ｓｎ（Ⅱ）溶液的氧化还原反应活化目标衬底；新的化学镀饰是应用溶胶－凝胶技术活化目标衬底，从而明显地简化了镀饰过程，用新的化学镀饰过程制得的钯金属复合膜避免了Ｓｎ杂质；在温度３１４￣４５０℃和膜两侧的压力差０．０２￣０．１０ＭＰａ的实验条件下，对氢的选择性（氢氮分离系数）为２０￣１３     

无机膜反应器中丙烷脱氢制丙烯的数学模型

建立了模拟实验室膜反应器的两种数学模型，活塞流模型和多级全混流模型，将实验数据应用于所建模型，在不同的空速，临氢比、吹扫气流速、温度和膜位置等条件下，拟合出丙烷脱氢的表观活化能、指前因子和表观反应级数，计算结果与实验结果相当符合。     

钯/陶瓷中空纤维复合膜反应器中的水煤气变换反应

 采用化学镀法制备了钯/陶瓷中空纤维复合膜,并将该膜反应器用于水煤气变换反应,考察了水碳摩尔比、反应温度及压力对反应的影响. 结果表明,膜反应器中的CO转化率不仅可以超过固定床反应器中的转化率,在一定条件下还可以超过反应的平衡转化率.     

膜催化研究 I: 在钯/陶瓷复合膜反应器中催化甲醇直接脱氢制甲醛

本文用化学镀方法制备了对氢具有高选择性和高透过率的钯/陶瓷复合膜, 并将此复合膜装于特制的膜反应器中, 考察了该反应器对甲醇催化脱氢制甲醛反应的促进作用。作为对比, 在常规反应器中也进行了上述反应。发现在623～773K温度范围内, 甲醇的转化率和甲醛的产率均有很大的提高。在低原料空速下(反应进程为热力学平均控制), 产物甲醛的产率可提高20%以上; 在中等原料空速下(反应进程为动力学控制), 甲醛的产率可提高10～15%。     

膜催化研究 I: 在钯/陶瓷复合膜反应器中催化甲醇直接脱氢制甲醛

本文用化学镀方法制备了对氢具有高选择性和高透过率的钯/陶瓷复合膜, 并将此复合膜装于特制的膜反应器中, 考察了该反应器对甲醇催化脱氢制甲醛反应的促进作用。作为对比, 在常规反应器中也进行了上述反应。发现在623～773K温度范围内, 甲醇的转化率和甲醛的产率均有很大的提高。在低原料空速下(反应进程为热力学平均控制), 产物甲醛的产率可提高20%以上; 在中等原料空速下(反应进程为动力学控制), 甲醛的产率可提高10～15%。     

介孔CeNiO催化剂的合成及其丙烷氧化脱氢制丙烯反应性能

以十二烷基硫酸钠（SDS）和三嵌段共聚物P123为混合模板剂,尿素为沉淀剂,采用均匀沉淀法制备了具有介孔结构的NiO和CeNiO催化剂.考察了催化剂的丙烷氧化脱氧反应性能,并利用用N₂吸附-脱附、透射电镜（TEM）、X射线粉末衍射（XRD）和H₂程序升温还原（H₂-TPR）等技术对催化剂进行了表征.活性测试结果表明,在400-450℃范围内NiO和CeNiO催化剂有相似的催化性能,但后者表现出较高的低温（<400℃）催化活性.325℃反应时,纯NiO上丙烯收率仅为3.1%,而5CeNiO(n_Ce/n_Ni=5%)催化剂上丙烯收率高达12.2%.N₂吸附-脱附和TEM结果表明,制备的NiO和CeNiO催化剂均有较大的比表面积且具有虫孔状介孔结构.H₂-TPR结果表明,CeNiO催化剂中由于Ce的存在使得得一部分氧物种的可还原性能明显增强,这可能是该催化剂具有较高催化活性的重要原因.     

溶胶-凝胶制备技术与新型催化材料Ⅳ.用新的化学镀饰过程制备钯金属复合膜

提出钯金属复合膜制备的一种新化学镀饰过程，由衬底活化和金属自催化沉积两个主要步骤构成．一般的化学镀饰过程用Ｐｄ（Ⅱ）／Ｓｎ（Ⅱ）溶液的氧化还原反应活化目标衬底；新的化学镀饰过程是应用溶胶－凝胶技术活化目标衬底，从而明显地简化了镀饰过程．用新的化学镀饰过程制得的钯金属复合膜避免了Ｓｎ杂质；在温度３１４～４５０℃和膜两侧的压力差００２～０１０ＭＰａ的实验条件下，对氢的选择性（氢氮分离系数）为２０～１３０，氢的渗透速率为００５～２４ｃｍ３／（ｃｍ２·ｓ）．     

膜催化研究IV: 钯-氧化铝/陶瓷复合膜

本文在无机氧化铝膜的基础上掺入钯, 用sol-gel法制得钯-氧化铝/陶瓷复合膜, 将该膜用于乙醇脱氢制乙醛反应, 分别考察了反应温度、乙醇进样量以及内管惰性气体吹扫气流对乙醛产率的影响, 并在相同条件下比较了常规反应器及单纯氧化铝膜反应器的结果。实验数据表明, 氧化铝膜中掺入钯后可显著提高乙醛产率。本文测定了该复合膜的H2/Ar分离系数、孔径分布, 并利用电子显微镜、X射线衍射等手段对其进行了表征。     

膜催化研究IV: 钯-氧化铝/陶瓷复合膜

本文在无机氧化铝膜的基础上掺入钯, 用sol-gel法制得钯-氧化铝/陶瓷复合膜, 将该膜用于乙醇脱氢制乙醛反应, 分别考察了反应温度、乙醇进样量以及内管惰性气体吹扫气流对乙醛产率的影响, 并在相同条件下比较了常规反应器及单纯氧化铝膜反应器的结果。实验数据表明, 氧化铝膜中掺入钯后可显著提高乙醛产率。本文测定了该复合膜的H2/Ar分离系数、孔径分布, 并利用电子显微镜、X射线衍射等手段对其进行了表征。     

非金属有序大孔磷酸硼晶体合成及催化丙烷氧化脱氢反应性能（英文）

有序大孔材料具有大的比表面积和有序开放的立体孔道结构,有利于暴露更多的活性位点,促进传质扩散,从而提高催化活性.目前,已有报道的有序大孔材料包括金属及氧化物、氧化硅、炭、聚合物等.非金属含氧化合物具有耐氧化的结构特点,适合应用于高温氧化反应,但是体相非金属含氧化合物的比表面积低,并且孔道极不发达,因此亟需合成有利于传质的有序大孔非金属含氧化合物晶体材料.最近研究者发现,硼基催化剂在催化低碳烷烃氧化脱氢制烯烃反应中呈现出高的反应活性、选择性和稳定性,且我们发现B–O (B–OH)位点在硼基催化材料中起着至关重要的作用.三元非金属磷酸硼晶体由BO₄和PO₄四面体组成,具有优异的热稳定性和抗氧化性能,有可能适合于催化丙烷氧化脱氢制丙烯的反应.但制备磷酸硼晶体过程通常需要经过高温焙烧,从而导致产物结构密实、无孔、外表面积低.此外,丙烷氧化脱氢反应具有强放热特性,易在催化剂表面形成热点,引起烯烃产物的二次反应,降低目标产物选择性,因此解决传质传热问题尤为重要.如果能充分利用磷酸硼的高导热性,同时调控孔结构以改善传质,减少接触时间,则有望设计一种具有良好...