负载型Pd/SnO2催化剂低温催化甲烷燃烧

天然气储量巨大,被广泛应用于发电和工业窑炉等.甲烷作为天然气中最主要的成分,是氢碳比最高的碳氢化合物,其温室效应显著.因此,不完全燃烧所引起的CH4排放,不仅导致能源浪费,同时也可造成环境污染.与传统火焰燃烧相比,CH4催化燃烧具有更高的燃烧效率,并可显著地减少大气污染物(CO,NOx和未完全燃烧的烃类)的排放.贵金属Pd催化剂对CH4催化燃烧表现出优异的催化性能,其中Pd颗粒的尺寸、Pd的化学状态、载体性质及其与Pd之间的相互作用等对其活性有显著影响.本文以不同温度(600,800,1000和1200℃)焙烧所得SnO2为载体,通过等体积浸渍法制备了Pd/SnO2催化剂,研究了SnO2焙烧温度对CH4催化燃烧性能的影响.结果表明,所制备的SnO2均为锐钛矿结构,并且随着SnO2焙烧温度的升高,晶型愈加完美,晶粒尺寸显著增大.催化剂中引入的Pd以高分散形式存在,CH4催化燃烧反应活性随着载体SnO2焙烧温度的升高而显著提高,其中Pd/SnO2(1200)表现出最高的CH4燃烧活性,起燃温度和最低全转化温度分别为265和390℃.在反应温度为300℃时,Pd/SnO2(1200)上甲烷的反应速率是Pd/SnO2(600)的36倍.XPS等结果表明,随着SnO2焙烧温度的升高,Pd的化学状态也有所差异:对于低温焙烧的SnO2(<800℃),Pd以Pd4+的形式进入到SnO2晶格内;随着焙烧温度的升高(>1000℃),Pd以Pd2+物种的形式存在于载体表面.结合活性评价结果推测,Pd的化学状态可能并非是影响催化剂活性的最关键因素.TEM等结果表明,Pd/SnO2(1000)上PdO的(101)晶面与载体SnO2的(101)晶面相近,分别为0.2641 nm和0.2638 nm.O2-TPD和CH4-TPR结果表明,Pd/SnO2(1200)催化剂上单位Pd原子上O2的脱附量是Pd/SnO2(600)的3倍,单位Pd原子上CH4的消耗量比催化剂Pd/SnO2(600)高出45%.因此,PdO和SnO2在构型上存在的晶面匹配可提高催化剂对O2的活化能力.综上所述,SnO2和贵金属之间的晶格匹配有利于氧在Pd-SnO2界面的活化,同时载体SnO2中的晶格氧亦可以通过"氧反溢流机理"补充到表面PdO/Pd上,从而增强催化剂对O2的吸附和活化能力,并提高CH4催化燃烧反应性能.升高SnO2的焙烧温度可强化SnO2和贵金属之间的晶格匹配,从而使催化剂活性随着SnO2焙烧温度升高而增大.     

Ni的引入对Pd/Al2O3催化甲烷燃烧性能的影响

采用浸渍法制备了Ni掺杂的Pd/Al2O3催化剂,考察了其低浓度甲烷催化燃烧活性和水热稳定性.结果表明,随着Ni的引入及其含量的增加,Pd/Al2O3催化剂性能明显提高,Ni含量至20%时,在0.4%CH4,4%H2O和空气平衡的原料气组成,80000h-1空速和600oC条件下反应150h后,CH4转化率仍能保持在97.5%以上.X射线衍射、H2程序升温还原、NH3程序升温脱附和透射电镜等结果表明,NiAl2O4晶相的形成改善了载体酸性和活性组分的分散度,从而提高了催化剂性能.     

Ir/ZrO2催化剂对甲烷催化燃烧性能的研究

采用浸渍法制备了ZrO₂为载体负载Ir的催化剂(Ir/ZrO₂), 考察了催化剂的CH₄催化燃烧性能. 采用X射线衍射(XRD), 拉曼光谱(Raman), X射线光电子能谱(XPS), 氢气程序升温还原(H₂-TPR)等技术对催化剂的结构和Ir物种的存在形式进行了表征. 结果表明, Ir/ZrO₂催化剂中Ir是以IrO₂形式存在的, Ir/ZrO₂催化剂的CH₄燃烧表观活性随着Ir负载量的增加而提高, 并且催化剂表现出较高的催化活性和良好的反应稳定性. 在低Ir负载量(≤1%)时, CH₄燃烧的转换频率(TOF)随着Ir粒子的增大而提高|然而高Ir负载量(≥1%)时, TOF随着Ir粒子的增大保持不变.     

离子液体中水热合成Pt-Pd/MWCNTs和 Pd/MWCNTs催化剂

采用水热合成法, 以离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(C₆H₁₁BF₄N₂, EMIBF₄)为溶剂制备了Pt-Pd/MWCNTs(Multi-walled carbon nanotubes)和Pd/MWCNTs催化剂. X射线衍射(XRD)和X射线能量散射谱(EDS)测试证明了Pt-Pd合金和Pd纳米颗粒在MWCNTs的表面生成. 透射电子显微镜(TEM)照片不仅证明了在MWCNTs表面Pt-Pd, Pd纳米颗粒的生成, 而且还表明样品颗粒的平均粒径约为4 nm. 循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)测试表明, 在碱性环境下, 乙醇在Pt-Pd/MWCNTs和Pd/MWCNTs修饰的玻碳(GC)电极上均能发生氧化反应, 与Pd/MWCNTs修饰的电极相比, 在Pt-Pd/MWCNTs上乙醇的起峰电位负移了大约200 mV, 且具有更高的氧化峰电流值.     

介孔Al2O3负载PdO催化甲烷燃烧反应性能

采用浸渍法制备了介孔Al2O3(M-Al2O3)负载PdO催化剂,考察了其催化CH4燃烧反应性能.结果表明,以M-Al2O3为载体的PdO催化剂活性比普通Al2O3载体高得多,这很可能与M-Al2O3的孔道结构对PdO物种的限域作用有关.随着PdO/M-Al2O3催化剂焙烧温度的升高,甲烷催化燃烧活性先增加后降低,其中700oC焙烧的催化剂活性最高,400oC反应时CH4转化率为91%.此时Pd物种主要以PdO颗粒形式高度分散在载体的介孔孔道内,而高温焙烧时,Pd物种主要以Pd和PdO的混合晶相存在.尽管900oC焙烧制得的催化剂上CH4的转化率降低,但TOF值最大,这可能与该催化剂中同时存在金属Pd和PdO有关.     

SnCuO催化剂上甲烷的催化燃烧性能

 采用双股并流共沉淀法制备了SnCuO系列催化剂，测定了它们对甲烷燃烧反应的催化活性及抗硫中毒性能，并采用XRD，BET，XPS，DTA－TG和FT－IR等技术对催化剂进行了表征．比表面积和活性测试结果表明，SnCuO系列样品的比表面积均大于纯氧化物，其低温催化活性大\r\n大高于纯氧化物．在Sn／Cu原子数比接近1时，其比表面积最大（超过100m2／g）．具有最大比表面积的样品SnCu4和SnCu5的活性最高．进一步测定了SnCu4样品的抗硫中毒性能．结果发现，在500℃下，反应刚开始时甲烷的转化率为98％，随着SO2的不断通入，催化剂的活性逐渐降低，到12h后基本稳定，此时甲烷转化率仅为50％．采用FT－IR和热重分析方法对SnCu4硫中毒的机理进行了研究，发现其中毒原因在于SnCuO系列催化剂中的CuO与SO2反应几乎完全转化为CuSO4，导致催化剂活性降低．     

甲烷催化燃烧的新型载体

采用高分子表面修饰法成功地制备了粒度小、分散性好，1000℃高温焙烧后无团聚的新型Ce-Mg-O纳米材料，以其为载体通过浸渍法制备成Feox/Ce-Mg-O催化剂用于甲烷燃烧反应。采用TEM，AFM，XRD，H2-TPR技术对Ce-Mg-O纳米材料的结构、形貌以及还原性能、氧恢复性能进行了表征。结果表明，由于CeO2中引入MgO后形成独特的结构特点和良好的氧性能，采用该纳米材料用于催化剂载体后，有利于提高催化剂对甲烷的氧化活性。在7．0％FeOx／CM催化剂上，甲烷的T90转化温度为560℃。     

甲烷催化燃烧中制备参数对NiO/CuO-ZrO2催化剂高温反应性能的影响

采用溶胶凝胶－超临界干燥的方法制备了NiO/CuO-ZrO2催化剂，分别考察了焙烧温度、活性组分含量对催化剂甲烷燃烧性能的影响，并利用XRD、物理吸附等手段考察了两个参数对催化剂性能影响的本质原因，发现NiO/CuO-ZrO2催化剂具有较高的催化活性，较好的高温（1 000 ℃）反应稳定性，焙烧温度对催化剂的影响很大，500 ℃是合适的焙烧温度，通过试验发现活性组分NiO为5 mol％时催化剂适于在相对较低的温度下使用，而NiO为15 mol％时，催化剂具有较好的高温稳定性。     

铜基催化剂上甲烷催化燃烧反应动力学特性研究

采用固定床微分反应器,在常压、450~500℃、甲烷体积分数10%~35%条件下,进行铜基催化剂上甲烷催化燃烧动力学特性研究。研究表明,甲烷分压对反应速率影响显著,而氧气分压的影响可以忽略。采用最小二乘法进行动力学模型参数估计,建立的反应动力学模型为-rCH4=1.61×107×e-108 000/RT×pCH40.5。检验结果表明,所建模型与实验数据良好相容,是适宜和可信的。根据实验结果推断甲烷催化燃烧分两步进行,首先氧气快速与铜基催化剂上活性空位点反应,形成吸附氧气分子;随后吸附氧气分子和甲烷分子反应,生成二氧化碳和水。     

Ni-Ce-O/ZrO2催化剂上甲烷低温催化燃烧

Ni-Ce-O/ZrO2催化剂上甲烷低温催化燃烧;甲烷;催化燃烧;NiO;CeO2     

核-壳结构Pd-Co3O4@SiO2催化剂的低浓度甲烷催化燃烧性能

用自组装法制备了一种具有核–壳结构的Pd-Co₃O₄@SiO₂催化剂,对其低浓度甲烷催化燃烧性能进行了研究。TEM、XRD、H₂-TPR表征及催化活性测试结果表明,SiO₂壳内的PdO与CoO_x之间的强相互作用,使得Pd-Co₃O₄@SiO₂对低浓度甲烷燃烧具有优异的催化活性。同时,与负载型Pd/Co₃O₄-SiO₂及Pd/Co₃O₄@SiO₂催化剂相比,核-壳型Pd-Co₃O₄@SiO₂催化剂经800 ℃煅烧后仍能保持较好的核-壳结构,有效地避免了Pd和Co活性物种的高温烧结,因而具有更高的热稳定性。     

基于氧化还原共沉淀法制备的Mn-Ce催化剂及其低浓度甲烷燃烧催化性能

采用氧化还原共沉淀法制备了一系列不同Mn/Ce比的Mn-Ce催化剂,用N_2吸附、XRD、XRF、XPS等手段进行了表征,对其低浓度甲烷催化燃烧活性进行了研究。结果表明,Mn/Ce比对Mn-Ce催化剂的活性有较大的影响;当Mn/Ce比从3∶7增加到9∶1时,其催化活性逐渐增加,甲烷转化率为50%的温度(t_(50))从501℃降低到446℃;而进一步增加Mn含量则会导致其催化活性降低。表征结果显示,Mn-Ce催化剂活性与其比表面积、表面Mn~(4+)浓度、Ce~(3+)含量和晶格氧浓度等密切相关;物相KMn_8O_(16)有利于Mn-Ce催化剂活性的提升。     

Catalytic activity of Mn-substituted barium hexaaluminates for methane combustion

The catalysts of hexaaluminate (BaMnxAl12-xO19-δ , x = 1.0, 2.0, 3.0, 4.0) to be used in methane combustion have been successfully synthesized by co-precipitation method and supercritical drying. The crystalline structure and surface area of catalyst were characterized by X-ray diffraction (XRD) and nitrogen adsorption analysis of BET method. BET analysis revealed that the preparing and drying method proposed here provides stable materials with higher surface area of 51.4 m2/g in comparison to materials prepared using conventional ambient drying method for BaMnxAl12?xO19-δ calcined at 1200℃ under oxygen. XRD analysis indicated that formation of a pure single phase BaMnxAl12-xO19-δ occurred up to x = 3 in the case of Mn-substituted barium hexaaluminates. Incorporation of Mn in excess leads to BaAl2O4 phase formation. As far as the valence state of Manganese ions was concerned, the introduced Mn ions were either divalent or trivalent. The first Mn ions were introduced in the matrix essentially as Mn2 and only for BaMn3Al9O19-δ does manganese exist exclusively as Mn3 ; the higher the Mn concen- tration, the higher the proportion of Mn3 . Catalytic activity for methane combustion has been measured for Mn-substituted barium hexaaluminates, light-off temperature was observed in the 512-624℃ range. The highest activity was obtained for catalysts containing 3 Mn ions per unit cell, which reveals that the BaMnxAl12-xO19-δ catalyst was a promising methane combustion catalyst with high activity and good thermal stability. Temperature programmed reduction (TPR) under hydrogen has been used to correlate the catalytic activity with the amount of easily reducible species.     

Catalytic oxidation of methane over Pd/Co3O4

The catalytic activity of Pd/Co₃O₄ toward methane oxidation has been examined in this study as a function of Pd loading, reaction temperature, space velocity and methane concentration in the reaction gas mixture. The bare oxide is quite active achieving a 100% methane conversion at 480°C under the reaction conditions used. The catalyst with the highest Pd loading tested of 10 wt.% yields the best activity curve, but the 5 wt.% Pd/Co₃O₄ catalyst performs nearly as well. Complete conversion for this catalyst is attained at 300°C and the activity remains stable over a 90-min test period.     

Catalytic combustion of methane over iron- and manganese-substituted lanthanum hexaaluminates

A series of hexaaluminates, LaMnFe _x Al_11−x O_19−δ samples (x = 1, 2, 4, 6, 8) as new catalysts were prepared by carbonate precipitation and calcined at high temperature. Fe and Mn ions were used as active components to replace part of aluminum ions in the hexaaluminate lattices. The structures and properties of these samples were characterized by XRD, BET, and XPS. The series of hexaaluminates exhibited significant catalytic activity and stability at high temperature. The LaMnFe₂Al₉O_19−δ retains a larger surface area and shows a good activity in methane combustion.     

过渡金属氧化物催化剂上甲烷催化燃烧的研究

与传统燃烧方式相比 ,催化燃烧因具有能量利用率高 ,且基本无污染等突出优点而受到人们的重视。以Ｐｄ为代表的贵金属燃烧催化剂[1] 的研究发展得较为完善 ,但价格昂贵使这类催化剂难以被推向实用。而过渡金属氧化物则价格便宜 ,并且也被认为是很有潜力的燃烧催化剂[2 ] 。但这类催化剂的高温稳定性差 ,活性也远不及贵金属催化剂。为此 ,人们试图使用Ｌａ ,Ｓｒ等作为助剂 ,使其与活性组分生成具有钙钛矿结构的化合物 ;或使用六铝酸盐催化剂[3] 来克服过渡金属氧化物催化剂的缺点。这些方法对过渡金属氧化物催化剂的性能有所改善 ,但催化剂…     

CeO2-MnOx催化剂形貌对低浓度甲烷催化燃烧反应性能的影响

采用水热合成法制备了船形、扁球形及纳米片CeO₂-MnO_x复合氧化物。并运用低温N₂吸脱附、XRD、SEM、TEM、H₂-TPR、拉曼光谱、XPS等表征技术对不同形貌CeO₂-MnO_x复合氧化物的结构与其低浓度CH₄催化燃烧反应性能之间的关系进行了关联。结果表明,CeO₂-MnO_x复合氧化物的形貌与其催化性能密切相关。其中,扁球形CeO₂-MnO_x复合氧化物的氧空位、Ce³⁺含量及表面吸附活性氧物种最多,其CH₄催化燃烧反应活性最高,540℃时,可将CH₄完全转化;其次是船形CeO₂-MnO_x复合氧化物催化剂,540℃时其CH₄转化率为94.05%;与前两者相比,纳米片CeO₂-MnO_x复合氧化物催化剂的氧空位及表面吸附活性氧物种较少,活性较差,相同反应温度下,其CH₄转化率仅为89.68%。