Ni/CeO_2-SiO_2催化剂的制备、表征及其甲烷部分氧化制合成气性能（英文）

以硝酸亚铈(Ce(NO3)3·6H2O)和正硅酸四乙酯(C8H20O4Si)为前驱体,采用溶胶-凝胶法合成了系列具有大比表面积的xCeO2-(1.x)SiO2(x=0,0.25,0.50,0.75,1)复合氧化物载体,然后浸渍活性组分Ni制得用于甲烷部分氧化制合成气的Ni催化剂.运用N2物理吸附-脱附、X射线粉末衍射、扫描电镜、紫外-可见漫反射光谱、氢程序升温还原、氨程序升温脱附和热重等手段对所得催化剂的组织结构、还原性、表面酸性和积炭行为等进行了表征;同时考察了催化剂的组成、焙烧温度和反应时间等对催化剂在甲烷部分氧化制合成气中催化性能的影响.表征结果表明,该系列Ni/CeO2-SiO2催化剂具有大比表面积,CeO2晶粒较小,NiO的分散性好且易被还原,表面酸性弱,不容易积炭.当Ce/Si摩尔比为1:1,活性组分Ni的质量分数为10%,焙烧温度为700°C时,所制备的Ni/CeO2-SiO2催化剂表现出较好的稳定性、最高的CH4转化率(~84%)和对产物CO及H2的选择性(87%).     

甲烷部分氧化制合成气的研究

考察了镍基和钴基催化剂催化甲烷在自放热条件下部分氧化制合成气。结果表明，在较高的空速条件下，反应一旦引发即可停止供热，仅靠反应自身放出的热量就能维持反应的继续进行：Ｎｉ／Ｌａ２Ｏ３催化剂中的镍负载量大于１０％后，镍负载量对催化活性无明显的影响；ＣＨ４的转化率及Ｈ２和ＣＯ的选择性均随空速和反应温度的增加而提高；对Ｎｉ／ＺｒＯ２和Ｃｏ／ＺｒＯ２催化剂，反应进行到６－１２ｈ时，ＣＨ４转化经最高；但对Ｎｉ     

甲烷部分氧化制合成气Ni/MgO和Ni-MgO/MgO催化剂的研究

甲烷氧化偶联制乙烷、乙烯以及甲烷选择氧化制甲醇、甲醛等反应 ,因其转化率和收率低 ,故短期内无法实现工业化 .目前 ,工业上应用甲烷蒸汽转化制合成气 ,进而合成氨等化工产品 .甲烷蒸汽转化制的合成气 ,其 H2 /CO≥ 3,不适用于甲醇合成和 F- T合成 .而甲烷部分氧化制的合成气 ,其H2 /CO≤ 2 ,因而最适合用于甲醇合成和 F- T合成 ,故近 1 0年来倍受科学家的关注[1 ,2 ] .在 CH4部分氧化制合成气中 ,钌、铑、钯、铂等贵金属催化剂的活性高、选择性好、稳定性好[1 ] ,但价格昂贵 (负载量以 1 2 %～ 4 0 %为佳 ) ,因而难以实现商品化 .N…     

流化床甲烷部分氧化制合成气Ni催化剂及助剂La的作用

在流化床中,考察了不同Ni担载量的Ni/γ-Al2O3催化剂对POM反应的催化性能,以8％Ni最佳,TPR结果表明。催化剂表面主要有两种化学状态的NiO。当镍担载量≤2％时,催化剂表面 仅存在一种高温下才能被还原的NiO,在Ni催化剂中添加La,可削弱NiO与载体间的相互作用,并且可减缓在CH4＋O2气氛下升温过程中NiO与载体发生强相互作用 生成NiAl2O4,因此添加La的Ni催化剂在750℃就能引发甲烷部分氧化（POM）反应,且反应引发后可获得与经700℃H2还原后的Ni^0催化剂相同的反应性能。     

Rh/SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气的核磁共振研究

 利用1H MAS NMR技术,在甲烷部分氧化(POM)制合成气反应条件下研究了Rh/SiO2催化剂上氢与金属的相互作用及反应机理. 结果发现,氢气在Rh/SiO2上解离吸附后可能有四种存在形式: 化学位移为δ=-100～-120的可逆(αM)和不可逆(αI)吸附氢物种,δ=0～-100的“氢云”或“氢雾”形式的氢物种和δ=3.0的溢流氢物种. 溢流氢物种是由可逆吸附的氢物种和“氢云”或“氢雾”状态的氢物种溢流到SiO2上并弱吸附在桥式氧(Si-O-Si)附近而形成的. 溢流氢物种活化晶格氧,形成一种POM反应的活性氧物种OH-. 活性氧物种OH-反溢流到Rh上,并与CH4解离吸附在Rh上的CHx物种反应生成含氧中间物种CHxO. CHxO物种的化学位移为5～7. O2参与CHxO物种的进一步氧化,或补充溢流氢夺取桥式氧后形成的缺陷位上的晶格氧,在高温(973 K)反应条件下,O2可能优先补充缺陷位上的晶格氧,使CHx的氧化按表面反应机理进行.     

溶胶-凝胶法制备甲烷部分氧化制合成气用催化剂

用溶胶－凝胶法制备了一系列ＮｉＯ／γ－Ａｌ２Ｏ３催化剂，应用低温氮吸附，ＸＲＤ和ＴＰＲ等物理化学方法表征了这种新材料的结构和物化性能。结果表明，由于载体与活性组分间的强相互作用，使溶胶－凝胶法制备的催化剂具有粒度小，活性组分在载体表面均一高分散和热稳定性好等特点，同时，考察了该催化剂上甲烷部分氧化制合成气的反应性能，发现当Ｎｉ含量适当时，可获得高的反应活性和选择性。     

Pt/MgO 催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应

用浸渍法制备了Pt/MgO催化剂,并采用X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电子显微镜和程序升温表面反应等技术对催化剂进行了表征.考察了催化剂对甲烷部分氧化制合成气反应的催化性能.结果表明,Pt/MgO催化剂具有较高的催化活性和选择性,甲烷转化率与合成气选择性在120 h内保持稳定.以金属状态存在的Pt对甲烷分解具有较高的活性,从而使催化剂对甲烷部分氧化反应具有较高的催化活性.活性组分Pt的存在状态和分散状态非常稳定,而Pt/MgO催化剂具有较强的抗积碳能力,使得催化剂在甲烷部分氧化制合成气反应中具有较高的稳定性.     

不同Ni前驱物对Ni催化剂甲烷部分氧化制合成气的影响

考察了由硝酸镍,醋酸镍和氯化镍为前驱物制备的催化剂（分别记为Ｎｉ－Ｎ,Ｎｉ－Ａｃ和Ｎｉ－Ｃｌ）对催化甲烷部分氧化反应的影响,并结合和ＴＧ等手段对催化剂进行了表征,结果表明,Ｎｉ－Ａｃ催化剂在６２５℃就能自引发甲烷部分氧化反应,而在Ｎｉ－Ｎ和Ｎｉ－Ｃｌ催化剂上,直到７５０℃甲烷部分氧化反应仍未能引发,三种催化剂上的反应结果表明,Ｎｉ－Ｎ和Ｎｉ－Ｃｌ的催化活性较低。９００℃下的高温反应结果表明,Ｎｉ－     

Rh／SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应

 利用程序升温脱附、程序升温还原、程序升温表面反应、程序升温反应和化学捕获反应等手段，对Rh／SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气反应进行了研究．结果表明，Rh／SiO2催化剂上甲烷部分氧化制合成气机理属于热解－氧化反应机理．甲烷首先在催化剂上发生解离吸附，产生具有不同H／C比的化学吸附物种CHx（x＝1～3）．其中，具有较高H／C比的CHx可能是甲烷部分氧化反应的活性物种，而具有较低H／C比的CHx可能是催化剂上积碳并导致催化剂失活的来源．活性物种CHx在活性氧物种的作用下，生成含氧中间体物种CHxO或继续脱氢．含氧中间体物种进一步分解，即生成CO和H2；CO2也可由CHx或CHxO物种进一步氧 化生成．     

Effects of CeO2 and CaO composite promoters on the properties of eggshell Ni/MgO-Al2O3 catalysts for partial oxidation of methane to syngas

The effects of CeO₂ and CaO composite promoters on the properties of eggshell Ni/MgO-Al₂O₃ catalysts of 1.5 mm diameter for the partial oxidation of methane to syngas were investigated. The addition of 1wt.% promoters could enhance the catalytic performance of the Ni/MgO-Al₂O₃ catalyst, while further increasing the promoter content to 4wt.% results in the decrease of reactivity. The catalytic property is related to the oxidizability of surface nickel species.     

Novel Ni/CeO2-Al2O3 composite catalysts synthesized by one-step citric acid complex and their performance in catalytic partial oxidation of methane

A series of novel Ni/CeO2-Al2O3composite catalysts were synthesized by one-step citric acid complex method. The as-synthesized catalysts were characterized by N2physical adsorption/desorption, X-ray diffraction(XRD), Fourier transform infrared(FT-IR) spectroscopy, hydrogen temperature-programmed reduction(H2-TPR), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and thermogravimetry analysis(TGA). The effects of nickel content, calcination and reaction temperatures, gas hourly space velocity(GHSV) and inert gas dilution of N2on their performance of catalytic partial oxidation of methane(CPOM) were investigated. Catalytic activity test results show that the highest methane conversion(85%), the best selectivities to carbon monoxide(87%) and to hydrogen(95%), the excellent stability and perfect H2/CO ratio(2.0) can be obtained over Ni/CeO2-Al2O3with 8 wt% Ni content calcined at 700 ℃ under the reaction condition of 750 ℃, CH4/O2ratio of 2 : 1 and gas hourly space velocity of 12000 mL h-1 g-1. Characterization results show that the good catalytic performance of this composite catalyst can be contributed to its large specific surface area(～108 m2 g-1), small crystallite size, easy reducibility and low coking rate.     

Coke formation during high pressure catalytic partial oxidation of methane to syngas

Summary Carbonization of the surface of alumina-based catalysts has been studied with respect to the composition of the catalysts and conditions of the propionitrile ammonolysis. It was shown that the surface concentration of carbon increases with the increase in temperature and with time of the reaction and depends on the catalysts nature in the order: Al-Zr(5)-O < Al-Zr(40)-O < Al-O < Al-Mg-O. The surface concentration of the Brönsted acidic sites follows the same sequence.     

制备方法对Ni/CeO2-Al2O3催化剂甲烷部分氧化催化性能的影响

采用浸渍-沉淀法、水热合成法、共沉淀法和柠檬酸络合法制备了Ni/CeO₂-Al₂O₃催化剂,考察了制备方法对该催化剂的物理结构和甲烷部分氧化(POM)催化性能的影响。利用N₂物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、H₂-程序升温还原(H₂-TPR)、NH₃-程序升温脱附(NH₃-TPD)、热重(TG)分析等手段对反应前后催化剂的物理化学性质进行了表征。实验结果表明,浸渍-沉淀法制备催化剂的活性和产物H₂和CO的选择性最低。而柠檬酸络合法制备的Ni/CeO₂-Al₂O₃表现出最大的CH₄转化率和最高的CO、H₂选择性。BET和XRD表征结果表明,柠檬酸络合法制备的Ni/CeO₂-Al₂O₃的比表面积最大,且CeO₂晶粒粒径小、分散均匀;H₂-TPR测试表明,该催化剂负载的Ni物种和Ni与Al₂O₃相互作用产生的尖晶石NiAl₂O₄都较容易被还原成金属Ni,产生更多的活性中心;NH₃-TPD和TG分析表明,该催化剂具有较多酸性位点和表面积炭,但相比较于它的高反应活性,积炭速率较低、稳定性较高。     

Novel Ni/CeO2-Al2O3 composite catalysts synthesized by one-step citric acid complex and their performance in catalytic partial oxidation of methane

A series of novel Ni/CeO2-Al2O3composite catalysts were synthesized by one-step citric acid complex method. The as-synthesized catalysts were characterized by N2physical adsorption/desorption, X-ray diffraction(XRD), Fourier transform infrared(FT-IR) spectroscopy, hydrogen temperature-programmed reduction(H2-TPR), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and thermogravimetry analysis(TGA). The effects of nickel content, calcination and reaction temperatures, gas hourly space velocity(GHSV) and inert gas dilution of N2on their performance of catalytic partial oxidation of methane(CPOM) were investigated. Catalytic activity test results show that the highest methane conversion(85%), the best selectivities to carbon monoxide(87%) and to hydrogen(95%), the excellent stability and perfect H2/CO ratio(2.0) can be obtained over Ni/CeO2-Al2O3with 8 wt% Ni content calcined at 700 ℃ under the reaction condition of 750 ℃, CH4/O2ratio of 2 : 1 and gas hourly space velocity of 12000 mL h-1 g-1. Characterization results show that the good catalytic performance of this composite catalyst can be contributed to its large specific surface area(～108 m2 g-1), small crystallite size, easy reducibility and low coking rate.     

助剂对甲烷部分氧化制合成气镍基催化剂性能的影响

考察了添加助剂铈、镧和钙对镍基催化剂反应性能的影响，发现助剂对以α-Al2O3为载体的镍基催化剂的调变作用比以γ-Al2O3为载体的镍基催化剂好，且助剂铈对催化剂的性能改善最好。在此基础上，研究了不同载量的铈对催化剂性能的影响。结果表明，铈的质量分数为1%时对催化剂的性能改善最好。同时采用XRD、XPS、TG等技术，研究了助剂铈对10％Ni/γ-Al2O3催化剂的改性作用。XRD分析表明，铈负载量较低时，催化剂中的CeO2高度分散在催化剂表面，铈负载量较高时，CeO2形成微晶颗粒，降低了催化活性。     

CeO2、CaO助剂对甲烷部分氧化制合成气Ni/MgOAl2O3催化剂结构和性能的影响

采用BET、H2 TPR、XRD、TEM和活性评价等表征手段，考察了CeO2、CaO助剂对Ni/MgOAl2O3催化剂物化性质和甲烷部分氧化制合成气反应性能的影响。实验结果表明，单独加入CeO2或CaO助剂可以改善Ni/ MgOAl2O3催化剂中镍物种的还原性能，以CaO尤为明显；CaO作为结构助剂可以降低还原态催化剂中的镍晶粒尺寸，使改性的催化剂具有较好的活性，而CeO2对催化剂的活性未产生显著影响。当CeO2与CaO两种助剂同时对Ni/MgOAl2O3进行改性时，虽然催化剂中镍物种的还原性能没有发生明显变化，但仍具有很好的反应性能，这与CeO2与CaO能够形成CaO-CeO2固溶体有关。CaO-CeO2固溶体不仅与镍物种间存在相互作用，提高了镍物种的分散度、减小了镍晶粒尺寸，还可以提高催化剂的储氧能力和晶格氧的流动性，从而有利于改善其甲烷部分氧化反应性能。     

Ni-La/CexZr1-xO2对甲烷部分氧化/CH4-CO2重整耦合制合成气的催化剂制备及反应性能

通过共沉淀法制备铈锆固溶体作为载体,采用等体积、分步浸渍的方法制备了一系列10% Ni-3% La/CexZr1-xO2（X=0、0.16、0.5、0.75、1）催化剂,并将其应用到甲烷部分氧化和甲烷二氧化碳重整耦合制合成气的反应中。对不同Ce/Zr比的催化剂性能展开研究,采用XRD、H2-TPR、SEM手段对载体及催化剂进行了表征。结果表明,铈锆固溶体的形成不仅提高了催化剂表面活性组分的分散度,使催化剂表面NiO晶粒尺寸从26.5 nm减到13.7 nm;而且能够加强活性组分与载体之间的相互作用,提高催化剂的热稳定性能;随着Ce/Zr比的增加,催化剂的转化率、选择性及稳定性随之增强,其关系为：Ni-La/Ce0.75Zr0.25O2 > Ni-La/Ce0.5Zr0.5O2 > Ni-La/Ce0.16Zr0.84O2。     

La1-xSrxFeO3钙钛矿型氧化物中的晶格氧用于甲烷部分氧化制合成气

采用燃烧法制备了Sr掺杂钙钛矿型氧化物La_1-xSr_xFeO₃（x=0,0.3,0.5,0.9）载氧体,对载氧体分别进行X射线衍射、扫描电镜和H₂程序升温还原反应表征,在热重循环装置和固定床反应装置上考察甲烷与载氧体晶格氧的部分氧化反应.结果表明,La_1-xSr_xFeO₃氧化物中的晶格氧适用于甲烷部分氧化制合成气,晶格氧的得失是一个可逆过程,Sr的掺杂提高了载氧体的供氧能力,5次循环后载氧体得失晶格氧的能力没有明显的衰减.从甲烷转化率、n（H₂）/n（CO）比以及H₂和CO的选择性等方面来考虑,x=0.3-0.5比较理想,甲烷转化率维持在70%左右,气体产物中n（H₂）/n（CO）约为2,CH₄没有发生明显的裂解.     

MgO助剂对甲烷部分氧化Ni/Al2O3催化剂结构和性能的影响

采用分步浸渍法制备了MgO改性的Ni/Al2O3催化剂,采用BET、XRD、H2 TPR、TEM和活性评价等研究方法,考察了MgO助剂对Ni/Al2O3催化剂物化性质和甲烷部分氧化制合成气反应性能的影响。实验结果表明,MgO助剂提高了催化剂镍物种的均一性,抑制了NiAl2O4尖晶石的形成,并且增强了镍物种与载体的相互作用,这与MgO、NiO形成固溶体及与Al2O3形成MgAl2O4有关。同时,适量的MgO助剂可以提高Ni物种在催化剂中分散度,并提高其有效利用率,改性后的催化剂在甲烷部分氧化反应中显示出较好的反应性能。过量的MgO助剂对催化剂的反应性能产生负面影响,MgO的碱性可以促进逆水煤气变换反应,从而导致H2选择性降低和CO选择性提高。