CeO2和Co3O4助剂对镍基催化剂上CH4积碳和CO2消碳性能的影响

采用脉冲微反技术研究了添加CeO2和Co3O4助剂对镍基催化剂上CH4积碳和CO2消碳性能的影响,并用BET,TGA,XPS及CO2-TPSR等技术对催化剂进行了表征. 结果表明,添加CeO2可以提高活性原子Ni0中d电子的密度; Ni0原子中d电子密度的增加在一定程度上抑制了CH4分子中C-H键σ电子向d轨道的迁移,降低了CH4裂解积碳性能; 同时加强了Ni0原子d轨道向CO2空反键π轨道的电子迁移,促进了CO2分子的活化,提高了CO2的消碳活性. 助剂Co3O4的添加则促进CH4的裂解积碳,抑制了CO2的消碳.分析表明,活性金属与半导体助剂之间存在的金属-半导体相互作用是影响这种机制的主要因素.     

CeO2和Pd在Ni/γ-Al2O3催化剂中的助剂作用

采用脉冲微反技术研究了添加n型半导体氧化物CeO2及贵金属Pd对Ni/γ-Al2O3催化剂上CH4积炭/CO2消炭反应性能的影响,并运用BET、TPR、CO2-TPSR及氢吸附等技术对催化剂进行了表征.结果表明,n型半导体氧化物CeO2的添加可以降低Ni/γ-Al2O3催化剂上CH4裂解积炭活性,提高CO2消炭活性,添加少量贵金属Pd可以进一步改变载体Al2O3、助剂CeO2和活性组分Ni之间的相互作用,从而改善Ni/γ-Al2O3催化剂的抗积炭性能.通过Ni-Ce-Pd/γ-Al2O3催化剂上CH4积炭/CO2消炭模型对上述作用机制作出了新的解释.     

CeO2和Pd在Ni/γ-Al2O3催化剂中的助剂作用

采用脉冲微反技术研究了添加n型半导体氧化物CeO2及贵金属Pd对Ni/γ Al2O3催化剂上CH4积炭/CO2消炭反应性能的影响,并运用BET、TPR、CO2 TPSR及氢吸附等技术对催化剂进行了表征.结果表明, n型半导体氧化物CeO2的添加可以降低Ni/γ Al2O3催化剂上CH4裂解积炭活性,提高CO2消炭活性,添加少量贵金属Pd可以进一步改变载体Al2O3、助剂CeO2和活性组分Ni之间的相互作用,从而改善Ni/γ Al2O3催化剂的抗积炭性能.通过Ni Ce Pd/γ Al2O3催化剂上CH4积炭/CO2消炭模型对上述作用机制作出了新的解释.     

Ni/CeO2-Al2O3催化剂上CH4-CO2转化积炭性能的研究

采用脉冲微量反应技术研究了添加n型半导体氧化物CeO₂对Ni基催化剂上CH₄积炭/CO₂消炭性能的影响,用TPR,XPS和氢吸附技术对催化剂进行了表征.结果表明,活性金属原子Ni与半导体氧化物CeO₂之间存在金属-半导体相互作用(MScI),CeO₂的添加提高了活性原子Ni⁰的d电子密度,在一定程度上抑制了CH₄分子中C-Hσ电子向d轨道的迁移,降低了CH₄裂解积炭活性;可加强Ni⁰原子d轨道向CO₂空反键π轨道的电子迁移,促进CO₂分子的活化,提高CO₂的消炭活性,使Ni/CeO₂-Al₂O₃催化剂具有较强的抗积炭性能.     

Ni基催化剂上CH4、C2H6和C2H4的裂解积炭性能

采用脉冲微反技术研究了添加半导体氧化物对Ni基催化剂上CH4、C2H6和C2H4的裂解积炭反应特性的影响。结果表明,n型半导体CeO2的添加降低了CH4和C2H6的积炭活性,而p型半导体Co3O4的添加则加速CH4和C2H6的裂解积炭;而对于与CH4和C2H6活化机制不同的C2H4分子的活化,上述影响机制正好相反,n型半导体CeO2的添加促进C2H4的裂解积炭反应,而p型半导体Co3O4的添加则抑制C2H4的裂解积炭反应。XPS分析表明,活性金属Ni与半导体氧化物之间存在的金属 半导体相互作用是这种影响机制的主要因素。     

天然气-二氧化碳-水蒸气-氧转化制合成气的研究: 稀土助剂的作用

 研究了稀土氧化物（CeO2和La2O3）改性的镍基催化剂中助剂的\r\n作用，并考察了催化剂对天然气－二氧化碳－水蒸气－氧转化制合成气\r\n反应的活性．结果表明，La2O3改性的镍基催化剂具有较高的CH4转化率\r\n和H2选择性；经CeO2改性的镍基催化剂具有较高的CO选择性．量子化学\r\n计算和XRD研究结果表明，La2O3助剂的加入，可使还原后催化剂表面N\r\ni（111）晶面衍射峰的强度减小，较好地符合吸附活化CH4分子的“尺\r\n寸效应”和能量要求．添加CeO2助剂的催化剂，其Ni（111）晶面衍射\r\n峰强度较大，而Ni（110）晶面含量最小，不利于CH4的离解．同时，助\r\n剂RE2O3（尤其是CeO2）和MgO提高了Ni的d电子密度，因而一定程度上\r\n加强了Nid电子向CO2空反键π轨道的迁移，促进CO2分子的活化，提高\r\n其消碳活性．     

助剂CeO2对Co/Al2O3催化剂上F-T合成反应性能的影响

 在用于F－T合成的Co／Al2O3催化剂中加入少量助剂,能够提高CO转化率和C5＋烃选择性．主要考察了助剂CeO2添加量和催化剂焙烧温度等因素对F－T合成反应的影响,并通过程序升温还原、程序升温氧化及X射线衍射等手段对催化剂进行了表征．结果表明,在Co／Al2O3催化剂中加入少量CeO2（n（Ce）／n（Co）＝0．1～0．14）,能够有效提高催化剂的催化活性和C5＋烃选择性;焙烧温度则以相反的趋势控制F－T反应活性和链增长几率;助剂的加入降低了催化剂的起始还原温度,改善了催化剂的还原性能．但是,催化剂的积碳量有所增加,经10h反应后,催化剂上存在两种类型的积碳．     

水蒸汽对Ni/Ce-Zr-Al-Ox催化剂上CO2-CH4反应积碳的影响

采用水热合成-负载法制备了Ni/Ce-Zr-Al-Ox催化剂,进行了CO2重整CH4的反应,并采用X射线光电子能谱(XPS)、程序升温加氢(TPH)等方法表征了在反应过程中催化剂表面的积碳物种,考察了添加少量水蒸汽对积碳的影响以及水蒸汽和表面积碳物种的作用.TPH实验测得有两类碳物种,一类是在250～350℃出现的少量α-碳,应主要是活性高的CH4解离碎片;另一类是在700℃附近出现的β-碳,应是导致催化剂失活的趋于石墨化或已经石墨化的积碳.β-碳比α-碳更容易同水蒸汽作用,添加少量水蒸汽到反应气中能够明显抑制β-碳的生成.活性测试结果表明,Ni/Ce-Zr-Al-Ox催化剂显示了89%的CH4转化率和良好的稳定性,添加3.2%(ψ)的水蒸汽后活性提高到94%,由于对非活性积碳的抑制,可以预料其稳定性也将进一步提高.     

Au/CeO2/Y和Au-MFe2O4催化剂用于有氧条件下CH4还原NOx的研究

以CeO2／Y分子筛和MFe2O4(M=Ni,Co，Zn)为载体，制备Au／CeO2／Y和Au-MFe2O4负载型金催化剂．用CH4做还原剂，考察了它们在有氧条件下催化还原NOχ的活性．结果表明：在Au-Y中引人助剂Ce，使得Au／CeO2／Y的催化活性高于Au／Y；Au-CoFe2O4的催化活性高于Au-Fe2O3，反应温度为300℃时，NOχ在Au-CoFe2O4上的转化率达到39．70%．     

镍基气凝胶催化CH4-CO2重整制取合成气反应的研究Ⅱ.制备方法对Ni/CeO2-Al2O3催化剂反应性能的影响

采用浸渍法、溶胶 凝胶过程与普通干燥、超临界干燥过程相结合的方法制备了三种 82 3K焙烧的NiO CeO2 Al2 O3 体系催化剂 ,分别为浸渍型催化剂 (iNCA5 5 0 )、干凝胶催化剂 (xNCA5 5 0 )和气凝胶催化剂 (aNCA5 5 0 ) ,考察了它们在CH4 CO2 重整反应中的催化性能及反应的稳定性 ,采用TG、TEM、XPS等手段研究了反应前后催化剂的结构性质。研究结果表明 ,在 10 73K、CH4 CO2 =1∶1、180 0 0mL h·g的反应条件下 ,三种催化剂中aNCA5 5 0在CH4 CO2 重整反应过程中的积碳量较大 ,但却具有最好的反应稳定性 ;aNCA5 5 0具有较大积碳量与其表面酸量较大、酸性较强及较大镍分散度有关 ,然而由于它具有较大的积碳容量和很强的金属抗烧结能力 ,因此保持了较好的反应稳定性。催化剂积碳和金属镍烧结导致催化剂表面活性中心数目减少是催化剂失活的主要原因。     

不同方法制备的Ni／ZrO2-CeO2-Al2O3催化剂对CH4-CO2重整反应的催化性能

 采用水热合成法、溶胶凝胶法和共沉淀－负载法制备了相同NiO含量的Ni／ZrO2－CeO2－Al2O3催化剂，考察了它们在CH4－CO2重整反应中的催化性能及稳定性，测定了积碳量．用CO2程序升温脱附方法测试了它们的CO2吸附性能，用H2程序升温脱附方法测试了表面Ni的分散度．结果表明，随温度升高，CH4和CO2转化率降低的顺序是：溶胶凝胶法≈共沉淀－负载法＞水热合成法，并且反应产物中n（CO）／n（H2）比随温度升高而降低．水热法和共沉淀－负载法制备的催化剂稳定性好，且前者的活性比后者高；溶胶凝胶法制得的催化剂活性较高，但易失活．积碳量大小顺序是：水热法＞溶胶凝胶法＞共沉淀－负载法．与其他方法制备的催化剂相比，水热法制备的催化剂对CO2的吸附量更大，\r\n而且积碳主要存在于载体上，从而保证了催化剂的稳定性．     

助剂对NiMgAl催化剂的结构和甲烷二氧化碳重整反应性能的影响(英文)

向担载镍基催化剂NiMgAl中添加助剂(Co,Ir或Pt)制备了三种助剂促进型催化剂,通过氢气程序升温还原(H2-TPR),CO2/CH4程序升温表面反应(CO2/CH4-TPSR)和CO2程序升温脱附(CO2-TPD)等方法对催化剂进行表征.助剂对催化剂性能的影响通过甲烷干重整实验进行评价.添加少量的Pt或Ir助剂可以降低Ni活性组分的还原温度和提高反应性能.添加助剂的样品与原始NiMgAl催化剂相比能够降低反应的活化能,添加Co或Ir助剂的催化剂与NiMgAl催化剂相比活化能有了明显的降低.NiMgAl催化剂的活化能为51.8 kJ·mol-1,添加Pt助剂的NiPtMgAl催化剂活化能降至26.4 kJ·mol-1.NiMgAl催化剂中添加Pt助剂制备的催化剂具有较好的催化活性和较低的活化能.CH4-TPSR和CO2-TPSR结果表明添加Pt助剂可以在更低的温度下(与NiMgAl催化剂相比)提高CH4的活化能力,并在催化剂表面形成更多的碳物种.CO2-TPD结果显示,添加助剂的催化剂与NiMgAl样品相比在反应温度区间内增加了CO2的吸附/脱附量.     

Ni/γ-Al2O3中助剂的加入对于CH4/CO2重整反应性能的影响

以含量为2%的K、Cu、La、Mg、Ca、Ba、Mo、Ce等多种金属作为助剂分别加入Ni/γ-Al2O3催化剂样品中,并对其分别用于CH4/CO2重整反应时的活性和积碳量进行了考察.研究结果表明加入助剂后的各种催化剂的活性变化不一.其中,以含Ca的催化剂效果最好,其甲烷的转化率可由原来的71.91%增加到72.92%,其次为La.但所有加入助剂后的催化剂的抗积碳性能均有所提高,特别是碱金属K的添加,使催化剂表面积碳量降到了0.1%.这表明添加碱金属或碱土金属助剂,对提高Ni/γ-Al2O3催化剂在CH4/CO2重整反应中的抗积炭性能有很大作用.     

Ni/Al2O3催化剂上CH4部分氧化制合成气反应积碳的原因

 采用程序升温在线质谱分析方法,研究了常压条件下CH4在Ni／Al2O3催化剂上分解所形成的碳物种,发现CH4分解形成的NixC会首先转化成不与CO2反应,但在700℃左右可与O2反应的碳;这种碳再向需在800℃才能与O2反应的石墨碳转化．在较低的温度下,NixC向石墨碳转化的速度较慢,而在高温条件下转化速度大大加快．在700℃下,Ni／Al2O3催化剂上的CH4部分氧化制合成气反应生成的积碳主要为石墨碳,是由CH4分解形成的NixC转化而成的．在催化剂中添加适当的助剂,可提高NixC与氧的反应活性,抑制其向石墨碳转化,是改善催化剂抗积碳性能的有效途径．     

Co/SiO2催化剂催化费托合成中CeO2助剂的作用

 在Co/SiO2催化剂中加入少量CeO2助剂, 能够提高其催化费托(FT)反应的活性和液态烃(Ｃ5+)的选择性,特别是可以生成优质的高附加值柴油及润滑油基础油(C12+), 但助剂CeO2对Co/SiO2催化剂的作用目前仍存在争议. 本文利用X射线衍射、程序升温还原、程序升温脱附、程序升温表面反应、 X射线光电子能谱、扫描电镜和同位素脉冲反应结合H-D同位素交换等方法对催化剂进行了表征,并采用微反评价考察了催化剂的催化性能. 表征结果表明,少量CeO2助剂的添加提高了活性组分Co在催化剂表面的分散度,降低了催化剂表面Co的晶粒度,使催化剂对CO和H2的吸附性能发生了改变. 同位素脉冲反应结合H-D交换实验表明, CeO2的添加减弱了Co的金属性,提高了其吸附解离氢的能力和CO吸附量,增大了催化剂表面活性碳物种的浓度和聚合趋势,使FT合成的碳链增长几率增大至0.90, 产物中液态烃选择性和重质烃含量明显增加,说明CeO2的加入有利于生成高附加值的柴油和润滑油基础油.     

助剂对CH4,CO2和O2制合成气反应催化剂性能的影响

考察了NiCaO-Al2O3催化剂中添加碱金属、碱土金属、稀土金属氧化物、CuO助剂及CaO含量对催化剂性能的影响。结果表明,10Ni-2K-2Cu15CaO-Al2O3催化剂对CH4、CO2和O2制合成气反应具有较高的催化活性、选择性和较好的抗积炭性能。通过TPR、CO-TPD、XPS和XRD对催化剂进行表征,发现K2O、CuO和CaO的添加削弱了活性组分Ni与载体Al2O3间的相互作用,增加Ni的电子密度,加速了CO与H2的脱附,从而抑制了CH4深度裂解积炭和CO歧化积炭。此外,这些助剂的添加也提高了Ni的分散度,增强了催化剂的抗积炭能力。     

Ni/γ-Al2O3催化剂上CH4-CO2重整体系中积碳-消碳的研究

用动态热重技术和色谱技术联用以及XRD和TEM等表征手段,研究了Ni/γ-Al2O3催化剂上甲烷－二氧化碳重整体系的积碳和消碳及其与一氧化碳产率之间的关系。结果表明,二氧化碳与甲烷有不同的活性中心,二氧化碳的存在不改变甲烷活化积碳的本质,但可通过及时将表面含碳物种转化为一氧化碳而降低积碳速率,二氧化碳能消去活泼的须状碳,但不易消去惰性的石墨碳。等摩尔条件下二氧化碳消碳能力弱于甲烷活化积碳,二氧化碳适度过量可有效抑制积碳,n(CO2)/n(CH4)≈1.3为进料比最佳值,此时积碳－消碳达到动态平衡,可获得最高的一氧化碳产率和较低的积碳速率,且该值不受温度影响。Ni/γ-Al2O3催化剂有很强的再生能力,但反复积碳－消碳会使催化剂镍晶粒度增大,分散度下降,从而导致不可逆失活。     

Ni／Al2O3催化剂上CH4发氧化制合成气反应积炭的原因

采用程序升温在线质谱分析方法,研究了常太条件下CH4在Ni/Al2O3催化剂上分解所形成的碳物种,发现CH4分解形成的NixC会首先转化成不与CO2反应,但在700℃左右可与O2反应的碳;这种碳再向需在800℃才能与O2反应的石墨碳转化,在较低的温度下,NixC向石墨碳转化的速度较慢,而在高温条件下转化速度大大加快,在700℃下,Ni/Al2O3催化剂上的CH4部分氧化制合成气反应生成的积炭主要为石墨碳,是由CH4分解形成的NixC转化而成的,在催化剂中添加适当的助剂,可提高NixC与氧的反应活性,抑制其向石墨碳转化,是改善催化剂抗积碳性能的有效途径。     

Co-CeO2/SiO2催化剂上的费-托反应性能

 考察了反应条件对Co－CeO2／SiO2催化剂上费－托合成反应性能的影响，并对催化剂进行了1000h稳定性和再生性能实验．结果表明，添加铈助剂后，催化剂具有良好的稳定性和再生性能，整个过程中CO转化率为89．7％，C5＋烃类（主要组成为C10～C20直链烃）选择性为81．0％，链增长几率为0．90．催化剂的活性表面被反应产物蜡覆盖时，阻碍了反应物与活性中心的结合，是导致催化剂活性降低的主要原因．     

甲烷二氧化碳重整反应中微量氧化镁助剂对Ni基催化剂抗积碳性能的影响（英文）

甲烷二氧化碳重整反应不仅可以将两种温室气体转化为更具有工业应用价值的合成气,而且反应产物中的H_2/CO比也比较适宜合成气的深加工过程,兼具环境效益和经济效益,因此受到广泛的关注与研究.但是,阻碍该过程工业化的主要问题在于反应中Ni基催化剂非常容易积碳,从而导致催化剂失活.近年来,甲烷二氧化碳催化重整领域的研究主要集中在反应机理和催化剂设计,其中大多数的研究结果表明,Ni基催化剂的抗积碳性能取决于反应过程中积碳速率与消碳速率之间的平衡.CO_2是该反应体系中唯一的氧源,因此Ni基催化剂的消碳能力在很大程度上取决于其对CO_2裂解活化能力的强弱.早期的文献中一般认为,CO_2的裂解活化与载体的Lewis碱性位点强弱相关,因此添加碱性氧化物助剂,比如MgO和CaO等,能够增强Ni基催化剂的碱性强度和CO_2吸附性能,有利于催化剂表面碳物种的转化,从而增强催化剂的稳定性.已有文献报道,添加微量MgO助剂(1 wt%)尽管没有影响Ni基催化剂的碱性强度,但是能够明显增强Ni基催化剂的稳定性,但没有对此结果给出明确的解释.在非均相催化研究领域中,活性金属与助剂在催化剂表面的分散性,是研究其催化作用的重要前提.大部分甲烷二氧化碳催化重整研究工作中,助剂的引入通常采用浸渍法,但是这种制备方法并不能有效保证助剂的分散度.本研究工作利用了水滑石材料的"记忆效应",将0.42 wt%Mg~(2+)引入到由Ni-Al水滑石前驱体焙烧后得到的Ni/Al_2O_3催化剂中.X射线能谱仪的结果表明,微量MgO助剂均匀分散在Ni/Al_2O_3催化剂表面上.经X射线衍射、CO_2程序升温脱附和H_2程序升温还原表征验证,添加微量的MgO助剂并没有对Ni晶粒尺寸、金属载体相互作用以及Al_2O_3载体表面碱性强度产生明显作用;然而甲烷二氧化碳重整活性评价测试和反应后催化剂的O2程序升温氧化实验结果显示,微量MgO助剂能明显增强Ni/Al_2O_3催化剂的稳定性,并且有效地阻碍了石墨碳在催化剂表面的形成.表面脉冲吸附实验结果证实,微量MgO助剂促进了CO_2在Ni颗粒表面的裂解活化,进而可以及时消除Ni金属表面由甲烷裂解产生的碳物种,防止其迁移、聚集和生成石墨碳.