Fe2O3/LaNiO3载氧体在化学链制氢中应用的可行性研究

采用柠檬酸络合法制备了Fe2O3/LaNiO3复合氧化物,将该氧化物作为化学链制氢反应的载氧体,对燃料反应器温度、蒸汽反应器温度、剂烷比(Fe2O3/CH4)、进水量等工艺条件进行了考察。实验结果表明:燃料反应器温度达到800℃以上甲烷都可以全部转化,燃料反应器温度、剂烷比和进水量对氢气产量影响比较大。在燃料反应器温度为850℃、蒸汽反应器温度为900℃、常压、剂烷比为2/1,进水量为0.1 mL时对载氧体进行连续60次氧化-还原循环,结果是前57次循环载氧体稳定性非常好,从第58次循环开始氢气产量迅速下降,结合XRD和TEM表征发现载氧体在高温下连续进行氧化-还原反应,导致部分载氧体结构发生分解,失去了原来结构具有很强的储氧-释氧能力,导致氢气产量下降,稳定性变差。     

Ce0.67Zr0.33O2对CH4燃烧催化剂Fe2O3/Al2O3的改性作用

固定n(Ce)/n(Zr)比为0.67/0.33,用共沉淀法制得一系列CeO2-ZrO2-Al2O3固溶体.采用这些固溶体作载体,以Fe2O3为活性组分,用浸渍法制备了一系列催化剂.BET结果显示,将适量Ce0.67Zr0.33O2引入到Al2O3载体中有助于催化剂保持较高的比表面积.TPR结果显示,载体中引入适量的Ce0.67Zr0.33O2可以改善催化剂的氧化还原性能.XRD结果表明,Fe2O3在CeO2-ZrO2-Al2O3载体上呈现出良好的分散状况,老化前后催化剂的晶相结构基本无明显变化.特别是当载体中m(Ce0.67Zr0.33O2)∶m(Al2O3)的值为1∶2时,Fe2O3/CeO2-ZrO2-Al2O3催化剂在甲烷催化燃烧中显示出最佳的催化性能和抗高温老化性能.     

Ce0.67Zr0.33O2对CH4燃烧催化剂Fe2O3/Al2O3的改性作用

固定n(Ce)/n(Zr)比为0.67/0.33, 用共沉淀法制得一系列CeO2-ZrO2-Al2O3固溶体. 采用这些固溶体作载体, 以Fe2O3为活性组分, 用浸渍法制备了一系列催化剂. BET结果显示, 将适量Ce0.67Zr0.33O2引入到Al2O3载体中有助于催化剂保持较高的比表面积. TPR结果显示, 载体中引入适量的Ce0.67Zr0.33O2可以改善催化剂的氧化还原性能. XRD结果表明, Fe2O3在CeO2-ZrO2-Al2O3载体上呈现出良好的分散状况, 老化前后催化剂的晶相结构基本无明显变化. 特别是当载体中m(Ce0.67Zr0.33O2)∶m(Al2O3)的值为1∶2时, Fe2O3/CeO2-ZrO2-Al2O3催化剂在甲烷催化燃烧中显示出最佳的催化性能和抗高温老化性能.     

Cu修饰的Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体的循环反应稳定性研究

采用冷冻干燥法制备了经Cu修饰(10%)的Fe2O3/Al2O3氧载体。利用热重分析仪分别在850、900和950℃等温环境下,使氧载体交替接触还原气体和氧化气体,来模拟氧载体在化学链燃烧中的循环过程。结果表明,经Cu修饰的Fe2O3/Al2O3氧载体在850和900℃下的等温循环过程中反应性能都很稳定,在950℃时的循环反应前期有微量烧结,但在循环后期反应性能也很稳定。随着反应温度的升高,氧载体氧化速率增大,还原速率和载氧率先减小后增大。与未经修饰的Fe2O3/Al2O3氧载体相比较,在900℃下作等温循环实验,经Cu修饰的Fe2O3/Al2O3氧载体具有较高的载氧能力和还原速率,但氧化速率较低;两者都具有较好的循环稳定性。     

化学链制氢中Fe2O3/LaFeO3载氧体的性能研究

采用柠檬酸络合法制备Fe₂O₃/LaFeO₃复合氧化物,将该氧化物作为化学链制氢过程的载氧体,在反应温度为900 ℃、常压下,对Fe₂O₃/CH₄（剂烷比）、进水量、金属负载量进行了考察。结果表明,剂烷比为2：1、进水量为0.1 mL、质量分数15%Fe时载氧体性能最好,甲烷转化率达到60%,单次循环氢气产量为45 mL。将该评价结果与XRD和H₂-TPR表征结果进行关联发现,反应过程的活性位不是金属氧化物,而是吸附氧,而且吸附氧越容易还原,甲烷转化率和氢气产量越高。通过连续60次还原-氧化循环发现,该载氧体上甲烷转化率和氢气产量比较稳定,循环后仍然保持钙钛矿结构。     

煤化学链燃烧Fe2O3载氧体的反应性研究

利用流化床反应器并以水蒸气作为气化-流化介质,研究了温度、反应时间、循环数对Fe₂O₃载氧体反应性的影响。实验表明,载氧体与煤气化产物的反应性随温度升高而增强,且温度越高,反应受化学反应控制时间越短。当温度高于900℃时,煤中碳转化为CO₂的比率大于90%,载氧体体现了很好的反应性,但反应温度低于850℃时,比率小于75%。反应温度900℃时,CO₂干基浓度随循环数而逐渐降低,CO、CH₄浓度增加,且CH₄浓度值大于CO。利用XRD、SEM分析了固体反应产物成分与微观形态结构。分析表明,Fe₂O₃的还原产物为Fe₃O₄,载氧体颗粒随循环数增加而逐渐烧结。     

焙烧温度对CeO2改性Pd/Al2O3甲醇分解催化剂性能的影响

考察了焙烧温度对Pd/Al2O3和CeO2改性Pd/Al2O3甲醇分解催化剂反应性能的影响.在300℃～700℃范围内焙烧,Pd/Al2O3和Pd/CeO2/Al2O3催化剂的活性都呈现出先升高后降低的趋势.XRD结果表明高温焙烧时活性组分Pd在γ-Al2O3载体表面发生聚集是Pd/Al2O3催化剂活性降低的原因,而XPS结果却表明,Pd在CeO2改性γ-Al2O3载体表面的浓度与Pd/CeO2/Al2O3催化剂的活性变化并非呈现一致关系,TPR表明活性组分Pd和助剂CeO2在γ-Al2O3上产生了一定的相互作用.从而认为Pd的分散度以及Pd和CeO2之间的相互作用共同决定催化剂的甲醇分解性能.     

Cu修饰的Fe2O3/Al2O3氧载体的循环反应稳定性研究

采用冷冻干燥法制备了经Cu修饰（10%）的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体。利用热重分析仪分别在850、900和950 ℃等温环境下,使氧载体交替接触还原气体和氧化气体,来模拟氧载体在化学链燃烧中的循环过程。结果表明,经Cu修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体在850和900 ℃下的等温循环过程中反应性能都很稳定,在950 ℃时的循环反应前期有微量烧结,但在循环后期反应性能也很稳定。随着反应温度的升高,氧载体氧化速率增大,还原速率和载氧率先减小后增大。与未经修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体相比较,在900 ℃下作等温循环实验,经Cu修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体具有较高的载氧能力和还原速率,但氧化速率较低;两者都具有较好的循环稳定性。     

铈修饰铁基复合载氧体用于化学链甲烷部分氧化重整制合成气研究

以Al2O3为惰性载体,利用共沉淀法制备了CeO2-Fe2O3-Al2O3复合载氧体,并对载氧体进行了XRD、SEM表征。在固定床反应器中,考察了程序升温、恒温、多循环等操作条件下,载氧体对甲烷部分氧化重整的反应性能。程序升温实验结果表明,在相同温度下,CeO2含量为30%的载氧体与不含CeO2的载氧体对比,CH4转化率、H2和CO选择性均提高。在恒温实验中,含有CeO2的两种载氧体,CH4转化率、H2和CO选择性上也都明显高于不含CeO2的载氧体,当反应时间小于1200s时,无积炭发生。三种载氧体经过15次循环后,CeO2含量为30%的载氧体表现出最佳的循环特性。多循环实验中,当反应温度850℃、反应时间945s时,CH4最大转化率达到91.53%、H2的最大选择性达到86.36%、CO的最大选择性达到85.12%、H2与CO的最佳平均物质的量比为2.03。XRD谱图显示,经过多次循环后,三种载氧体的物相没有发生变化,载氧体表现出了很好的稳定性能。     

Ni/Al2O3催化甲烷裂解

分别通过浸渍法和共沉淀法制备了不同Ni负载量的Ni/Al2O3催化剂。考察了Ni负载量、制备方法以及反应温度对Ni/Al2O3催化甲烷裂解性能的影响。结果表明,在550℃,浸渍法制备的Ni/Al2O3催化剂,当Ni负载量为20%(质量分数)、Ni金属平均粒径为11.25 nm时,具有最佳的甲烷催化裂解效果,其每摩尔Ni的氢气产量和每克Ni碳产量分别为164 mol和15.30 g。催化剂制备方法对Ni/Al2O3甲烷催化裂解反应有显著影响,相同Ni负载量共沉淀法制备的Ni/Al2O3甲烷催化裂解总体效果要好于浸渍法制备的Ni/Al2O3,而且反应过程中生成的碳纤维较长,管径也较均一。550℃时,共沉淀法制备的Ni负载量为41.2%(质量分数)的Ni/Al2O3催化剂在反应至350 min时,仍保持着30%以上的转化率。     

MoO3/Al2O3催化氧化选择性合成亚砜

采用浸渍法制备了不同负载量的MoO3/Al2O3催化剂,讨论了MoO3,Al2O3和MoO3/Al2O3负载的催化剂作用下,利用H2O2进行硫醚氧化制亚砜的反应.结果显示MoO3/Al2O3催化剂负载量为20%时催化活性最高,原料转化率达100%,且没有副产物生成.将该方法应用到兰索拉唑前体的氧化反应中,收率达到80%.催化剂重复使用6次不失活.     

轻质高强度C/Al2O3复合气凝胶的制备及表征

采用溶胶-凝胶法和CO2超临界干燥工艺制备RF/Al2O3复合气凝胶,再经高温热处理过程得到轻质高强度C/Al2O3复合气凝胶,研究了不同热处理温度对气凝胶结构的影响,利用氮气吸附、X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段对气凝胶的结构和性能进行了分析并且测试了不同热处理温度样品的压缩强度。实验结果表明:C/Al2O3复合气凝胶具有均匀的三维网络结构且成块性好,随着热处理温度的升高,气凝胶比表面积和强度均先增大后减小,当1 400℃时,C/Al2O3复合气凝胶比表面积最高,为831 m2.g-1,压缩强度最大,为9.5 MPa。     

Fe2O3-ZnO/SiO2催化氧化异戊醇一步合成异戊酸异戊酯

采用浸渍法制备了系列不同Fe2O3、ZnO负载量的Fe2O3-ZnO/SiO2催化剂,并用XRD、BET、SEM等对催化剂进行了表征;考察了以分子氧为氧化剂时,该系列催化剂对异戊醇一步合成异戊酸异戊酯的催化性能,并初步探讨了其反应机理。结果表明,在Fe2O3/SiO2催化剂上引入适量ZnO后,提高了Fe2O3在SiO2上的分散度,减小了Fe2O3的粒径,所制得的Fe2O3-ZnO/SiO2催化剂有较大的比表面积、孔体积、孔径,催化性能优于Fe2O3/SiO2。其中,在Fe2O3与ZnO的协同作用下,6%Fe2O3-4%ZnO/SiO2催化性能最佳,常压下当催化剂用量为0.9 g(占反应物质量的3.5%),反应温度120℃,反应时间9 h,异戊醇一步合成异戊酸异戊酯的选择性达54.5%,收率达31.4%。对该合成机理的初步探讨表明,只有催化剂与分子氧的共同作用下,异戊醇才能高效的合成异戊酸异戊酯。     

Ca-Fe/bentonite载氧体煤化学链燃烧反应特性

以天然石膏粉、膨润土(bentonite)和Fe(NO3)3·9H2O为原料,通过机械混合造粒法制备了钙基复合载氧体。在小型流化床反应器中,水蒸气作为气化-流化介质,研究了温度、活性组分含量及循环次数对复合载氧体反应活性的影响,同时考察了不同煤种化学链燃烧反应特性。实验结果表明,CaSO4含量为60%,Fe2O3为活性助剂的CaSO4-Fe2O3/ben(Ca-Fe/ben)载氧体平均磨损速率为0.089%/h。反应温度为900℃时,碳转化率达到95%所需的时间为20.8min,CO2平均干基浓度为95.99%,表现高的反应活性。10次氧化/还原反应后,CO2平均干基浓度保持在80%,载氧体保持良好的循环反应活性。同时,实验发现高挥发分高灰分的煤种更适于煤的化学链燃烧,且CO2浓度均保持在90%以上。粒径分布曲线表明循环反应中载氧体表现强的抗磨损能力。     

钙钛矿吸附剂用于制备高温富O2-CO2混合气体的性能研究

采用固相反应法制备钙钛矿型吸附剂Ba0.95Ca0.05Co0.5Fe0.5O3-δ(BCCF)和Sr0.95Ca0.05Co0.8Fe0.2O3-δ(SCCF)。XRD结果显示两种物质均形成了纯的钙钛矿结构。利用TGA实验研究了吸附剂的理论氧吸附容量,氧吸附/脱附转化率及循环稳定性。结果显示,由于785℃时,吸附剂SCCF发生了氧空位的无序-有序的相转变,SCCF比BCCF具有更高的理论氧吸附容量。在700～900℃范围内,吸附剂的氧吸附/脱附转化率随着温度的升高而增大,但脱附过程都没有进行完全,吸附剂BCCF、SCCF的脱附转化率只达到了59.44%、38.36%。在测试温度范围内,BCCF和SCCF的最佳氧脱附温度是850℃和900℃,最佳的氧吸附温度应分别大于850℃和800℃。多次吸附/脱附循环试验显示BCCF吸附剂具有很高的活性和循环稳定性,而SCCF经过3次循环后,其转化率明显降低。     

Ni-Fe/La2O2CO3催化乙醇水蒸气重整制氢的研究

采用La2(CO3)3空气焙烧法制备了La2O2CO3载体、采用浸渍法制备了Ni,Fe不同比例的Ni-Fe双金属催化剂及Ni/La2O2CO3,Fe/La2 O2 CO3催化剂,考察了各催化剂从300～700℃催化乙醇水蒸气重整反应的性能,并用BET,XRD,TPR等技术对催化剂进行表征。结果表明,相对单一金属催化剂,Ni-Fe双金属催化剂均表现出更高的活性,这可能是因为高分散的Ni,Fe和LaFeyNi1-yO3的共存作用。其中Ni含量为10%,Fe含量为5%时的Ni-Fe/La2O2CO3表现出最高的活性,400℃时乙醇的转化率为100%,H2的选择性最高达到94.1%,而CO的选择性则低至1.2%。     

Fe2O3/Al2O3氧载体用于甲烷化学链燃烧：负载量与制备方法的影响

以不同方法制备了系列Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体,采用XRD、H₂-TPR、CH₄-TPR、O₂-TPD和BET等分析技术对氧载体进行了表征。研究了不同Fe₂O₃负载量氧载体的甲烷化学链燃烧性能,考察了不同制备方法对Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体结构、反应性和产物选择性的影响。结果表明,Fe₂O₃负载量对氧载体活性及产物中CO₂选择性的影响较大,负载量较低时氧载体活性较低且引起甲烷部分氧化产物CO含量增加。制备方法亦对氧载体与甲烷的反应活性有所影响,整体上共沉淀法制备的质量分数60％Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体具有较高的氧化活性和化学链循环稳定性。其在反应温度850℃、反应时间15 min、30次循环后甲烷转化率及产物中CO₂选择性均未见明显降低。     

CeO_2/LaFeO_3用于甲烷化学链重整制取合成气反应性能研究

甲烷化学链重整是一种利用载氧体(金属氧化物)的部分氧化能力以实现甲烷重整制取合成气的工艺,同时氧化过程中利用水蒸气氧化,还原态的载氧体在恢复晶格氧的同时分解水蒸气制氢。利用溶胶-凝胶法制备载氧体CeO_2/LaFeO_3,通过X射线粉末衍射和程序升温还原等材料表征方法分析该载氧体的结构特点以及供氧能力,借助于固定床反应实验探讨了组分比例、反应温度对该载氧体反应性能的影响。实验结果表明,CeO_2的含量对该载氧体的供氧能力有着显著影响,合适的反应温度不仅有利于甲烷活化,而且能够促进载氧体中晶格氧的迁移,从而提高载氧体的选择性。当CeO_2的添加量为10%,反应温度为850℃时,该载氧体的反应性能最优,甲烷转化率可以达到94%,H_2选择性和CO选择性分别可以达到90%、83%。在连续的氧化-还原循环中保持稳定的反应性能和结构。     

MnO2-CeO2/Ti0.25Zr0.25Al0.5O1.75整体式催化剂的低温NH3选择性催化还原NO性能研究

采用共沉淀法制备了TiO2、Ti0.5Zr0.5O2(TZ)和Ti0.25Zr0.25Al0.5O1.75载体材料,并以MnO2和CeO2为活性组分,以T、TZ和TZA为载体,制备了3种整体式催化剂.对催化剂进行了低温N2吸附脱附、储氧量(OSC)、NH3-TPD和XPS的表征,并研究了3种催化剂在过量O2存在下的低温NH3-选择催化还原(NH3-SCR)活性及其抗H2O和SO2性能.结果指出,MnO2-CeO2/Ti0.25Zr0.25Al0.5O1.75(TZAC)有最大的比表面积、孔容和储氧能力、最强的表面酸性和最大的表面酸量.而这对选择催化还原(SCR)反应至关重要.活性测试结果指出,TZAC有最好的低温SCR活性和最宽的活性温度窗口.NO在102℃起燃(转化率为50%),在175～325℃之间NO转化率接近100%,而且TZAC表现出了较强的抗H2O和SO2性能.     

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.