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.     

铁取代六铝酸盐的制备及其对甲烷燃烧的催化性能

 采用共沉淀-水热处理法制备了铁取代六铝酸盐(BaFexAl12-xO19-δ,x≤3)催化剂,并用XRD,SEM,UV-Vis和BET等技术对催化剂进行了表征. 结果表明,经1000 ℃焙烧后催化剂开始出现少量六铝酸盐相,1100 ℃焙烧后六铝酸盐相为主要的晶相,当x＞3时催化剂中的杂质相不可忽略. Fe取代六铝酸盐中的Fe主要为Oh配位. 在x≤3范围内,随着Fe取代量的增加,催化剂对甲烷燃烧的催化活性逐渐升高,其中BaFe3Al9O19-δ的起燃温度最低(515 ℃); 继续增加Fe含量,催化剂的高温活性反而下降. 向Fe单取代六铝酸盐晶格中引入La制得的Ba0.5La0.5FeAl11O19-δ催化剂,其起燃活性与BaFeAl11O19-δ的基本相同,但高温活性有较大提高. 反应气组成对催化剂的活性有显著影响,提高O2分压可以降低催化剂的起燃温度,但对高温活性的影响不大. BaFe2Al10O19-δ催化剂在800 ℃下运行100 h没有发生失活现象.     

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。     

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.     

不同离子掺杂对镧六铝酸盐催化剂结构及其甲烷燃烧性能的影响

采用反相微乳液-共沉淀法制备了镧系六铝酸盐催化剂。体系中TX-100 作为表面活性剂,正己醇作为助表面活性剂,环己烷作为油相。分别用Fe、Co、Ni、Cu、Mg离子作为活性组分进行掺杂。通过X射线衍射、比表面积分析和扫描电镜等实验技术及甲烷燃烧对催化剂的结构和性质进行考察。结果表明,Fe离子和Mn离子共同掺杂所制备的催化剂LaMnFeAl₁0O₁9-δ具有较高的催化活性,起燃温度T₁0%为477℃,至674℃ 90%甲烷转化。     

搀杂六铝酸盐LaMxAl12-xO19+δ上甲烷催化燃烧研究

采用共沉淀法制备了系列金属Mn搀杂的六铝酸盐LaMnxAl12-xO19+δ(x分别为0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 5.0)催化剂, 采用BET, TG-DTA, XRD进行了物性表征, 并以甲烷催化燃烧为目标反应, 研究了Mn搀杂量对催化剂活性的影响. 结果表明 LaAl12O19+δ催化活性较低, 随着Mn的引入, 催化活性逐步提高. 当x=1.5时, 催化活性达到最大值, 为理想搀杂量. 焙烧温度对晶型及催化活性有重要影响, 1200 ℃时可以形成完整的六铝酸盐晶型, 并具较高的催化性能. 所得较好催化剂起燃温度T10%为418 ℃, T90%为663 ℃.     

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.     

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.     

Ba、Mn对Al2O3热稳定性和甲烷催化燃烧活性的影响

采用溶胶-凝胶法制备BaO•6Al2O3系列催化剂.考察了Ba、Mn的引入对Al2O3的热稳定性及甲烷催化燃烧性能的影响.结果表明, Ba在高温下与Al2O3首先生成BaAl2O4，然后进一步与Al2O3反应生成具有β-Al2O3结构的BaAl12O19六铝酸盐，抑制了Al2O3进一步的烧结，提高了催化剂的热稳定性. Mn的引入也能够促进六铝酸盐的生成并提高催化剂的甲烷燃烧活性.采用超临界干燥法可抑制干燥过程中因毛细收缩引起的比表面积降低.所制备的BaMnAl11O19催化剂经1200 ℃焙烧4 h后，比表面积为35.1 m2•g－1，在空速40000 h－1条件下，10％甲烷转化温度(T10％)为500 ℃，催化活性明显高于常规干燥法制备的相应催化剂.     

逆微乳液法合成六铝酸盐甲烷燃烧催化剂

采用逆微乳液为媒介合成六铝酸盐及其金属取代系列甲烷燃烧催化剂.首先研制了由表面活性剂、助剂、油相和水相四组分逆微乳液拟三元体系相图,选择十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,脂肪醇为助剂,正辛烷为油相和水相[或Al(NO3)3溶液].研究了助剂脂肪醇链长、表面活性剂与助剂相对量和盐浓度对微乳液体系形成和稳定性影响,并以电导率随水含量变化的规律很好地印证了微乳液体系的相行为.选取相图中稳定微乳区合成了具有高温稳定性的甲烷催化燃烧催化剂六铝酸镧[La(Mnx/Fex)Al12-xO19-δ].用BET、TG-DTA和XRD表征了催化剂的物性和结构,并在微型固定床反应器中考察了对甲烷燃烧的催化活性.结果表明,利用逆微乳液作为反应介质使催化剂前驱体分散更充分,使六铝酸盐晶相形成的温度有效地降低到950℃.Fe取代的六铝酸盐具有较好高温催化活性和热稳定性,而Mn取代的同晶体则具有较好的低温催化活性,Fe和Mn离子同时对Al3 进行取代时,由于两者之间存在的协同效应明显提高了催化剂的催化活性和比表面,T10仅为475℃,T90为660℃.     

Effect of Drying Methods on the Structure and Combustion Activity of Mn—Substituted Hexaaluminate Catalysts

Conventional oven drying (COD) and supercritical drying (SCD) methods were applied to the preparation of Mn-substituted hexaaluminate (BaMnA111O19-α) catalysts. The effect of drying methods on phase composition, specific surface area, pore structure, reduction behavior of Mn^3 ions, and combus-tion activity of the samples was investigated. The homogenous mixing of the components in the sol-gel process could be maintained by SCD, and the hexaaluminate phase was almost the only phase of the resulting materials after calcination. H2-TPR revealed that the Mn^3 ions in the sample obtained by SCD were easier to be reduced than that by COD. Moreover, the samples obtained by SCD have higher surface area, narrower pore size distribution, and higher combustion activity than those obtained by COD.     

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．     

制备方法对锰Mn掺杂钾六铝酸盐催化剂催化甲烷燃烧性能的影响

以甲烷催化燃烧为目标反应,通过共沉淀法、溶胶凝胶法和反相微乳液法制备了Mn掺杂六铝酸盐催化剂,用XRD和TG-DTA技术对催化剂进行了物理性能表征,通过BET模型计算了其比表面积。结果说明3种方法所制备催化剂经1 200℃焙烧4h后均可以形成完整的六铝酸盐晶型,同时都具有高的催化性能和高温稳定性,其中反相微乳液法制备的K2MnAl11O19催化剂具有较高的比表面积和甲烷催化燃烧活性,起燃温度T10%为458℃,至676℃甲烷完全转化。     

La1-x-yBaxREyMnO3(RE:Dy,Y)超细粒子的制备和其对CH4燃烧的催化性能

使用Na2CO3·10H2O和NaOH为沉淀剂,采用共沉淀法制备了钙钛矿型结构的La1-x-yBaxREyMnO3 (RE=Dy,Y)超细粒子,具有较大的比表面积(经700,1000 ℃ 2 h 分别焙烧后,其比表面积能达到47和16.9 m2*g-1;颗粒尺寸为17和68 nm).该超细粒子随LaMnO3中A位的La3 被Ba2 及稀土元素(Dy3 ,Y3 )部分取代后,显示出良好的热稳定性及对CH4完全燃烧的高活性.     

高性能甲烷催化燃烧催化剂的制备及其在天然气催化燃烧热水器上的应用

 以镧改性的Ce-Zr-O固溶体储氧材料和钇、锆改性的氧化铝(YSZ-Al2O3)的混合物为载体,浸渍活性组分Co3O4+Fe2O3+MnO2,以蜂窝状堇青石陶瓷材料为基体,制备了甲烷催化燃烧催化剂,考察了该催化剂老化前后的活性,并将其用于强鼓式家用天然气催化燃烧热水器. 结果表明,该催化剂具有很高的活性和稳定性. 使用此催化剂的天然气催化燃烧热水器的热效率达到101.1%, 同时烟气中CO和NOx污染物的排放浓度分别为0.014%和0.003%, 该热水器具有高效节能和环境友好双重优点.     

甲烷高温燃烧催化剂研究进展*

本文综述了甲烷高温燃烧催化剂的研究现状,对有代表性的催化剂体系尤其是六铝酸盐催化剂的研究进展作了介绍,阐述了近年来有关贵金属、钙钛矿型氧化物及六铝酸盐催化剂结构和制备方法方面的研究结果,并对六铝酸盐催化剂的制备提出了一些建议.     

Ce1-xEuxOy固溶体的制备及甲烷燃烧催化性能研究

采用溶胶凝胶法和微波技术制备了Ce1-xEuxOy固溶体，以甲烷催化燃烧为探针反应及XRD，BET和TPR对催化剂进行了表征。结果表明，CeO2和Eu2O3相互作用形成了立方相的Ce1-xEuxOy固溶体，随着Eu含量的增加，Ee1-xEuxOy固溶体的晶胞参数变大，实验测定值和计算值基本一致。Ee1-xEuxOy固溶体的甲烷催化燃烧活性和抗烧结性能高于单组分CeO2，且随着X的变化而不同，其中以Ce0.5Eu0．5Oy固溶体的活性最高。Ce1-xEuxOy固溶体催化剂活性提高的主要原因是降低了反应的活化能。     

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.