高分散费-托合成铁/活性炭催化剂的研究Ⅲ.碳化性质

使用原位穆斯堡尔谱考察了具有不同担载量的Fe/AC以及Fe-K/AC和Fe-Mn/AC催化剂在300℃合成气(H_2/CO=2)中的碳化行为。发现在活性炭载体上铁的担载量(或分散度)制约着碳化时生成的碳化铁的种类。铁的粒径很小(～30A)时生成ε’-Fe_(2·2)C碳化铁,铁的粒径在70A左右可生成ε-Fe_2C碳化铁,而大粒子铁(>200A)和体相铁则生成x-Fe_5C_2碳化铁,Fe-K/AC和Fe-Mn/AC催化剂在碳化时生成的碳化铁种类仍受铁的粒径制约,助剂K和Mn不影响生成的碳化铁的种类,但Mn可延缓铁的碳化。     

高分散费-托合成铁/活性炭催化剂的研究 Ⅳ.催化剂特性

使用原位穆斯堡尔谱和微型反应器考察了铁/活性炭催化剂在不同物相时的F-T反应性以及在实际反应中的物相及其变化,并讨论了铁/活性炭系催化剂不同于传统F-T铁催化剂的特性。发现金属态铁比还原到Fe_3O_4时具有高得多的活性和对烯烃和高碳烃的选择性。在实际反应中,金属铁可转化为碳化铁(ε’-Fe_(2·2)C、ε-Fe_2C和x-Fe_5C_2)并受担载铁粒径的制约,但这些碳化铁与F-T反应性间似没有确定的相依关系。影响F-T反应性的主要是铁在载体上的分散度以及铁质,即活性炭与载体的相互作用。铁与活性炭间合适的相互作用既使铁有较高的还原度,又可能调变铁的电子性不仅是载体,还可能起着电子给予体的作用,促进碳链的增长。而活性炭丰富的微孔又限制了过长链烃的生成。这些特点使得铁/活性炭催化剂具备活性高、气态烯烃和高碳烃(C_5~+)选择性高以及烃分布相对集中的优点。     

高分散费—托合成铁／活性炭催化剂的研究：Ⅴ.锰的助剂作用

使用原位穆斯堡尔谱和微型反应器考察了物相、锰含量和制备方法对Fe-Mn/AC催化剂F-T反应性的影响,并讨论了Fe-Mn/AC催化剂的表面结构及其与F-T反应性的关系。对于Fe-Mn/AC催化剂,将铁还原到金属态时具有很高的活性和对气态烯烃和高碳烃的选择性,锰含量对催化剂的活性和选择性影响不大;影响催化剂选择性的主要是受制备制约的铁-锰在活性炭载体表面的结构形态,对此我们提出了模型,只有当铁-锰处于高分散状态,作为助剂锰才能改善催化剂对气态烯烃和高碳烃的选择性,否则锰反而起不利的作用。     

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。     

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/活性炭催化剂的氮化及其碳化行为

用原位穆斯堡尔谱考察了不同担载量的Ｆｅ／ＡＣ催化剂的氮化以及随后的碳化行为。Ｆｅ／ＡＣ催化剂经５００℃Ｈ预还原后，于３５０℃流动态氨气中氮化５小时可生成ε－氮化铁，其穆斯堡尔谱呈双峰（δ～０．４２ｍｍ／ｓ，△～０．３２ｍｍ／ｓ）。再在合成气（２Ｈ２／ＣＯ）中进行碳化处理，ε－氮化铁中的氮原子可逐渐被碳原子取代而转化为氮碳化铁和碳化铁，但铁的担载量越高，这种取代越困难。８％Ｆｅ／ＡＣ催化剂在２５０℃     

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。     

铁-钼/活性炭催化剂的费-托合成反应性能

用微型固定床反应器和原位穆斯堡尔谱考察了在活性炭担载的铁-钼双金属催化剂上的费-托合成反应和在反应条件下的物相。已知在费-托合成中铁有利于生成长链烃,钼有利于生成低碳烃。铁-钼/活性炭催化剂则综合了铁和钼的性质,其中铁-钼/油棕炭催化剂具有很好的活性和液化石油气选择性。在反应中,富钼催化剂的主要物相为铁-钼碳化物,而富铁催化剂的物相则为铁-钼碳化物和e’-Fe_2·2C碳化铁。     

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。     

铁/活性炭催化剂上费-托合成反应产物分布的非Anderson-Schulz-Flory特性

 在浆态反应釜中研究了铁／活性炭催化剂上费－托合成（Fischer－Tropschsynthesis,FTS）反应产物分布和链增长几率（Anderson－Schulz－Flory（ASF）链增长几率和本征链增长几率）．产物分布通常在C1处和C2处偏离ASF分布,呈现C1处偏高而C2处偏低的情况．本征链增长几率的研究结果表明,以活性炭为载体的铁基费－托合成催化剂上存在烯烃的再吸附二次反应,使产物分布偏离ASF分布．铁／活性炭催化剂上同时伴随水煤气变换（watergasshift,WGS）反应．XRD检测到铁／活性炭催化剂上存在FexC和Fe3O4两种物相．     

浆态反应器中铁／活性炭催化剂上还原研究

众所周知，费托合成（Fischer-Tropsch synthesis,FTS)反应是一个有理论与应用价值的研究课题。数十年来，学者们已发现了铁系，钴系和钌系等具有优良FTS反应性能的催化剂体系，铁／活性炭（Fe/Activated Carbon,AC)催化剂是中国科学院大连化学物理研究所八十年代末开发的一类费托合成催化剂，由于活性炭载体发达的孔结构使得该催化剂上FTS反应产物中汽油，柴油选择性高（烃类碳数小于20）和油收率大（C5^ ,112g/m^3 sysgaa)^[1,2]，具有工业放大前景。本文采用1L浆态床反应器，应用不同的还原方法（原位高压还原和反应器外还原）和XRD物相表征手段，了铁／活性炭催化剂在浆态床中的还原与反应问题，得到了一些有用的信息。     

费—托合成铁催化剂中金属与担体相互作用的考察

将费-托合成铁催化剂Fe/Al_2O_3和Fe/SiO_2在空气中经一系列温度(25、120、480、650、780和1000℃)予处理并在相同条件(H_2、480℃、4h)下还原,然后作原位穆斯堡尔谱和高分辨电镜的考察,结果表明,在较低温度下予处理时,随着予处理温度的升高,Fe/Al_2O_3和Fe/SiO_2中的铁被还原为Fe(O)的量增加,但当达到某一温度(Fe/Al_2O_3为650℃、Fe/SiO_2为480℃)时出现了转折,即随着予处理温度的增加,Fe(O)%降低,意味着MSI由原来的减弱变为增强。在较低的予处理温度时,生成了难以还原的铝酸铁盐和硅酸铁盐,使MSI效应为主。适当增强MSI对提高低碳烯烃选择性有利。     

测定有机氧元素的新型Mo／碳化树脂催化剂的研制

本文报道一种制各具有高分散金属和高机械强度的Ｍｏ／碳化树脂催化剂的新方法。使用该种催化剂库仑法测定微量有机氧元素取得较满意结果。文中还对Ｍｏ在催化剂上的价态，表面形貌和分布；催化活性物质的形成和制备过程中的一些问题作了初步探讨。