不同金属取代六铝酸盐的制备及其对甲烷燃烧的催化性能研究

采用铝溶胶作为碳酸铵共沉淀的前驱体,结合乙醇超临界干燥制备了不同金属取代六铝酸盐催化剂(Ba0.8La0.2MAl11O19-α,M=Mn,Fe,Co,Cu),并用BET,XRD,TEM,UV-Vis和O2-TPD等技术对催化剂进行了表征。结果表明,经1200℃焙烧后,生成了具有大的比表面积(42~73 m2.g-1)的棒状六铝酸盐,比表面积由大到小的顺序是Mn>Co>Fe>Cu。XRD结果表明,除Mn取代催化剂之外,其他均含有少量-αAl2O3杂质相。Fe,Mn取代六铝酸盐中的金属离子(Fe3+,Mn3+)主要为Oh配位,而Co,Cu取代六铝酸盐中的金属离子(Co3+,Cu2+)则为Oh和Td配位。O2-TPD表明,Mn,Cu取代的催化剂中具有高的晶格氧含量。催化剂活性由高到低的顺序为Mn>Cu>Fe>Co,催化活性取决于过渡金属离子的氧化还原循环的可逆性、比表面积以及晶格氧等因素。     

超临界干燥方法对甲烷燃烧催化剂LaMnAl11O19结构及活性的影响

 摘要：用水热合成法制备了锰取代的六铝酸盐催化剂，并比较了超临界干燥法和普通烘箱干燥法对催化剂结构及甲烷燃烧反应活性的影响．DTA－MS结果表明，超临界干燥过程中，催化剂前驱物中的表面铝羟基部分被乙氧基取代．这种表面修饰作用可保持铝分散的均匀性，使催化剂前驱物中碳酸锰和碳酸镧的分解温度明显降低，且氢氧化铝的脱水温度维持在较适宜的范围内；焙烧后，易形成六铝酸盐相．甲烷燃烧反应结果表明，用超临界干燥方法制得的催化剂对甲烷燃烧反应的催化活性明显高于用普通烘箱干燥方法制得的催化剂．     

BaMnxAl12-xO19-δ六铝酸盐催化剂上甲烷催化燃烧性能

采用共沉淀-超临界干燥法制备了六铝酸盐甲烷燃烧催化剂（BaMnxAl12-xO19,x≤4）,利用XRD（X射线衍射）,BET（BET比表面积测定）,TEM（透射电子显微镜）和TPR（程序升温还原）等表征方法对催化剂进行了表征,并在微型固定床反应器中考察其对甲烷的催化活性。结果表明,经过1200~C焙烧后,六铝酸钡（BaAl12O19）中仍有铝酸钡（BaAl2O4）相存在,经Mn离子取代后可以得到单一的六铝酸盐相,过量Mn的加入（当x=4时）,催化剂中又出现了杂质相,且XRD的衍射峰强度变小。TPR表征结果表明,Mn在六铝酸盐结构中以＋2和＋3混合价态存在,Mn^3＋离子的比例随x的增大而增多。实验结果表明：与普通干燥法相比较,超临界干燥法可大大提高催化剂的比表面积,它对甲烷燃烧的催化活性也有增加。未取代活性离子的六铝酸钡基质对甲烷燃烧催化活性很低,经Mn离子取代后活性大大提高,当x=3时催化活性最高。     

La0.8Sr0.2FeMn1.5Al9.5O19-δ六铝酸盐气溶胶催化剂的催化性能

采用共沉淀-超临界干燥法制备了混合取代型La0.8Sr0.2FeMn1.5Al9.5O19-δ(LSFMAO)六铝酸盐气溶胶甲烷燃烧催化剂, 并采用XRD、BET、SEM、TPR等技术研究了超临界干燥和高温焙烧对材料结构和催化性能的影响. 超临界干燥处理的前驱物经1200 ℃焙烧后, 得到磁铅石型六铝酸盐气溶胶, 其具有较高的比表面积(16 m2·g-1)和甲烷燃烧活性; 然而高温(1300-1400 ℃)老化导致该六铝酸盐严重烧结, 比表面积和催化活性急剧下降. 研究结果表明, 对一定温度范围内(≤1200 ℃)焙烧的六铝酸盐催化剂, 超临界干燥法有助于改善其热稳定性和催化活性, 但高温(>1200 ℃)老化后, 催化剂的抗热烧结和催化性能主要由材料的组成和固有结构性质决定.     

CeO2／BaMnAl11O19-a催化剂制备及甲烷催化燃烧研究

采用反相微乳液法制备了BaMAl11O19-a(M=Mn，Co，Ce)催化剂，研究了M对催化剂相组成、比表面积和甲烷催化燃烧活性的影响．Mn促进六铝酸盐的形成，Mn基催化剂比表面积虽低，甲烷燃烧活性却较高．Ce基催化剂的热稳定性高，比表面积大幅度增加，但甲烷催化燃烧活性比Mn基催化剂低．Ce和Mn的共同作用使CeO2／BaMnAlO19-a催化剂不仅比表面积较大，而且具有较高的甲烷燃烧活性．在100h连续试验中，CeO2／BaMnAl11O19-a催化剂活性稳定，有望成为催化热汽轮机燃烧器的潜在催化剂之一．     

Ni-Nb2O5和Ni-Cu-Nb2O5催化甲烷燃烧活性研究

在微型固定床反应器中考察了新型甲烷催化燃烧催化剂Ni-Nb2O5和Ni-Cu-Nb2O5的活性．实验结果表明，含Nb2O5的Ni及Ni-Cu双金属催化剂具有好的催化甲烷低温燃烧性能，其甲烷转化率与反应温度、活性组分含量和空速有关．70％Ni担载量的Ni-Nb2O5催化剂可使甲烷在500℃时完全转化，并具有稳定的催化活性．Ni-Cu-Nb2O5体系催化剂中，Ni／Cu比为65／25时催化剂具有最佳的活性；该催化剂中Nb2O5可以在一个比较宽的范围内调节，并在此调节范围内可使甲烷在550℃温度下完全转化．     

BaMn_xAl_(12-x)O_(19-δ)六铝酸盐催化剂上甲烷催化燃烧性能

采用共沉淀-超临界干燥法制备了六铝酸盐甲烷燃烧催化剂(BaMnxAl12-xO19,x≤4),利用XRD(X射线衍射),BET(BET比表面积测定),TEM(透射电子显微镜)和TPR(程序升温还原)等表征方法对催化剂进行了表征,并在微型固定床反应器中考察其对甲烷的催化活性.结果表明,经过1200℃焙烧后,六铝酸钡(BaAl12O19)中仍有铝酸钡(BaAl2O4)相存在,经Mn离子取代后可以得到单一的六铝酸盐相,过量Mn的加入(当x=4时),催化剂中又出现了杂质相,且XRD的衍射峰强度变小.TPR表征结果表明,Mn在六铝酸盐结构中以 2和 3混合价态存在,Mn3 离子的比例随x的增大而增多.实验结果表明:与普通干燥法相比较,超临界干燥法可大大提高催化剂的比表面积,它对甲烷燃烧的催化活性也有增加.未取代活性离子的六铝酸钡基质对甲烷燃烧催化活性很低,经Mn离子取代后活性大大提高,当x=3时催化活性最高.     

CaxLa1-xMnAl11O19 六铝酸盐催化剂上甲烷的催化燃烧

以共沉淀法制备了CaxLa1-xMnAl11O19系列六铝酸盐催化剂,考察了Ca2 部分取代La3 对LaMnAl11O19六铝酸盐的甲烷催化燃烧活性和稳定性的影响以及活性与物理化学性能的关系,用X射线衍射、N2吸附、程序升温还原和透射电镜对其进行了表征.结果表明,当Ca2 加入量过高时,Ca2 不能进入到六铝酸盐骨架中,过量的Ca2 形成CaAl4O7杂相.当x=0.2时,催化剂活性最高,起燃温度为723 K,也提高了样品的热稳定性,1 373 K煅烧后比表面积为26.1 m2/g.Ca2 的加入使六铝酸盐晶粒变薄,这使材料的抗烧结性能增强,比表面积增大,同时Ca2 部分取代La3 使活性Mn3 的含量增加,这两方面的综合作用使得催化剂活性显著提高.对Sr2 ,Ca2 和K 部分取代La3 的六铝酸盐的比较实验结果表明,Ca2 部分取代La3 的样品具有最低的起燃温度.     

BaO对Pd/Al2O3上CH4催化燃烧性能的影响

以醋酸钯为前身盐, BaO-Al2O3复合氧化物为载体制备了系列负载型钯催化剂. BET和XRD表征结果表明,复合氧化物在制备过程中发生固相反应所生成的BaAl2O4 可以阻止γ-Al2O3向α相的转变,显著增强Al2O3的热稳定性.以甲烷燃烧为模型反应的评价结果表明, BaO的引入提高了催化剂上甲烷燃烧反应的活性和稳定性.     

镧系六铝酸盐催化剂制备及甲烷燃烧催化性能表征

采用可控共沉淀法以NH4HCO3和NH4OH组成的缓冲溶液作为沉淀剂制备六铝酸盐,采用BET,XRD,TPR等技术考察了催化剂的物化性能.以甲烷催化燃烧为探针反应,对催化剂进行了催化性能表征,并研究了铈取代对催化性能的影响.结果表明： 采用NH4HCO3和NH4OH缓冲溶液作为沉淀剂使沉淀更均匀,可合成化学均一的六铝酸盐.La系六铝酸盐可在较低焙烧温度1050 ℃形成,稀土离子Ce主要是以高储放氧能力的CeO2相存在,与Mn之间存在协同作用提高了催化活性.当Mn取代度为2时,LaMnxAl12-xO19催化性能最佳,此时具有较高的氧化还原性能.Mn容易进入六铝酸盐晶格,Mn取代的La系六铝酸盐催化剂是很有前途的高温甲烷燃烧催化材料.     

La取代Ba对Ba1-xLaxMn3Al9O19-α催化剂结构及甲烷催化燃烧性能的影响

采用以尿素水解为基础的水热合成法制备了La和Mn取代的六铝酸盐催化剂(Ba1-xLaxMn3Al9O19-α).在Mn含量达到阈值时,研究了不同量的La取代Ba对Ba1-xLaxMn3Al9O19-α的相组成、结构、热稳定性及甲烷催化燃烧活性的影响.当x≥0.4时,水热合成过程中生成的La2(CO3)3在530-580℃分解,800-900℃时与-γAl2O3反应生成LaAlO3钙钛矿相,可抑制由BaCO3分解而生成的Ba2+的固相扩散,从而阻止了BaAl2O4尖晶石相的生成,使Ba2+在固相中保持较高的分散性,促进了六铝酸盐(-βAl2O3)相的形成.当x<0.4时,BaAl2O4尖晶石相的存在引起催化剂比表面积和催化燃烧活性的降低.La3+取代Ba2+后,六铝酸盐结构发生一定程度的扭变.这种扭变越大,所形成的六铝酸盐催化剂的热稳定性越差.Ba1-xLaxMn3Al9O19-α催化剂的甲烷催化燃烧活性随x的增大而增加,x=0.8时催化剂的活性最佳.     

Influence of Electronic Effect on Methane Catalytic Combustion over PdNi/Al2O3

A series of PdNi/Al₂O₃ catalysts with different compositions was prepared by co-reduction method. The influence of Ni amount on the catalytic combustion of methane was studied. X-ray diffractometry and X-ray photo-electron spectroscopy were employed to characterize the dispersion and electronic state of the active phase. Tempe-rature-programmed oxidation was carried out to study the thermal stability affected by Ni doping. It has been demonstrated that Ni addition changed particle size and oxidation state of PdO_x. The results indicate that the promotion of Ni to the Pd/Al₂O₃ resulted from both size effect and electronic effect. In addition, the thermal stability of the Ni-doped catalysts were enhanced.     

Ce1-xNixO2/Al2O3/FeCrAl催化剂的制备及其甲烷催化燃烧性能

以FeCrA l合金薄片为基体,A l2O3为过渡载体,Ce1-xN ixO2(x=0.1-0.3)、CeO2和N iO为活性组分,制备了Ce1-xN ixO2/A l2O3/FeCrA l、CeO2/A l2O3/FeCrA l和N iO/A l2O3/FeCrA l金属基整体式催化剂,在固定床微型反应器中评价了催化剂的甲烷催化燃烧性能,用SEM、XRD、TPR等方法对催化剂的物相、表面形貌和氧化还原性进行了表征.结果表明,Ce1-xN ixO2在催化剂表面的分散性比CeO2和N iO要好;Ce1-xN ixO2/A l2O3/FeCrA l(x=0.1-0.3)催化剂具有好的催化活性和高温稳定性,CeO2/A l2O3/FeCrA l和N iO/A l2O3/FeCrA l催化剂有好的初活性但高温稳定性较差;活性组分与A l2O3和FeCrA l金属基体之间存在较强的相互作用.     

一种新的甲烷低温燃烧催化剂Au—Pt／Co3O4

考察了Pt和Pd的引入对Au/Co3O4催化剂的甲烷燃烧活性的影响,发现在Au/Co3O4（Au的质量分数为2%-5%）催化剂中掺入少量的Pt(如0.2%）,可使甲烷的催化燃烧活性得到显著的提高;相对于Au/Co3O4催化剂,其甲烷的最低全转化温度降低了50℃。便Pd的引入未提高甲烷燃烧的活性。表明Au-Pt/Co3O4是一个很有应用潜力的甲烷低温燃烧催化剂。     

Pt/Al2O3和Pt/CeO2/Al2O3催化甲烷部分氧化制合成气反应

研究了Pt/Al₂O₃和Pt/CeO₂/Al₂O₃对甲烷部分氧化制合成气反应的催化活性,发现Pt/CeO₂/Al₂O₃显示了更高的甲烷转化率和合成气选择性.用H₂-TPR、H₂-TPD、SEM-EDX和XRD等技术对催化剂进行了表征.CeO₂和Pt相互作用促进Pt在催化剂表面的分散,抑制Pt在催化剂表面的迁移;降低了催化剂的燃烧活性,提高了催化剂的部分氧化活性和选择性,可避免因催化剂床层局部温度过高而导致催化剂活性下降或失活,提高了催化剂的稳定性.同时,CeO₂通过促进水汽变换反应使反应体系迅速达到平衡,提高了催化剂对H₂的选择性.     

CuO-MnO2/Al2O3 催化臭氧化催化剂的制备、结构表征及性能

采用浸渍法,以Al2O3为载体制备了氧化铜和二氧化锰复合的双组分负载型金属催化臭氧化催化剂.以松花江水的UV254去除率作为催化剂活性指标,通过正交试验,确定了催化剂的最佳制备条件.实验结果表明,催化剂的最佳制备条件如下:浸渍5h,活性组元体积比为3:1,于90℃干燥2h,于200℃焙烧3h.采用扫描电镜对催化剂的结构进行了表征;通过TG-DTA测试分析了催化剂热分解过程的反应速率、热效应和物质变化过程;运用XPS分析了催化剂表面元素的组成、元素相对含量和元素价态.     

甲烷催化燃烧催化剂Ag/SnO2体系的研究

考察了Ag/SnO2系列催化剂对甲烷燃烧反应的催化活性,并采用XRD、BET、XPS、TEM和TPR等技术对催化剂中银的存在状态进行了表征.结果表明, Ag/SnO2体系具有较高的甲烷催化燃烧活性,样品的载银量不同,银物种的存在状态及样品的比表面和催化性能也很不相同. Ag/Sn原子比低于0.20的样品中,银物种为分散态氧化银及晶相氧化银,这些样品具有较高的比表面和催化活性;载银量继续增加时,金属银开始出现并成为主要的银物种,样品的比表面和催化活性也随之迅速下降. Ag/Sn原子比为0.20的样品具有最高的催化活性.     

Rh/Al_2O_3-Cr_2O_3整体式催化剂的制备和二氯甲烷催化氧化性能

以粉末Al_2O_3为载体,通过浸渍Rh(NO_3)_3制备Rh/Al_2O_3催化剂;再以Rh/Al_2O_3、粉末Cr_2O_3和铝胶经过研磨混合制得催化剂活性浆料;将催化剂活性浆料涂覆到堇青石蜂窝陶瓷载体表面,经烘干,焙烧制得不同Rh含量的Rh/Al_2O_3-Cr_2O_3系列整体式催化剂.研究了该类催化剂的二氯甲烷催化氧化性能,发现Rh负载量为0.4 g/L的Rh/Al_2O_3-Cr_2O_3催化剂活性最佳,且未生成含氯中间产物.结合催化剂的表征结果发现,Rh的添加可增加催化剂的表面酸性和氧化还原性能,二者的协同作用提高了催化剂活性;而Cr_2O_3的存在有利于CH_3Cl中间体的进一步氧化,从而提高了催化剂的选择性.     

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.     

乙酸乙酯在Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2负载的金属氧化物催化剂上的催化燃烧

制备了Fe, Co, Cu, Cr和Mn金属氧化物催化剂, 所用载体为Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2复合氧化物. 利用X射线衍射(XRD), 程序升温还原(TPR), 储氧量测试, BET比表面测试和光电子能谱(XPS)表征了催化剂. 并利用活性测试表征了各种催化剂对乙酸乙酯催化燃烧能力. 各种表征结果证实, 由于催化剂Mn/Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2(1:2, 质量比)具有最多的可还原物种, Cu/Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2(1:2)具有较多的可还原物种和最强的可还原能力, 使它们对乙酸乙酯催化燃烧表现出了最好的活性. 在催化剂Cu/Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2(1:2)和Mn/Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2(1:2)上, 乙酸乙酯于245 ℃转化了99%, 表明这两种催化剂具有广泛的应用潜力.