甲烷氧化偶联催化剂和部分氧化反应机理的原位及非原位谱学表征

采用原痊红外和原位显微Raman光谱技术及XPS、吡啶（Py)吸附的漫反射UV谱、Py-TPD、CO2-TPD等方法对含氟稀土基催化剂上甲烷氧化偶联（OCM）反应活性氧物种、催化剂表面酸碱性进行了考察。在O2预处理和/或工作条件下的SrF2/La2O3,SrF2/Nd2O3,LaOF,BaF2/LaOF和BaF2/CeO2等催化剂上原位观测到超氧物种（O2^-),并在其中前4种催化剂上检测到O2^-物种与CH4反应生成的气相C2H4,CO2和表面碳酸盐等OCM反应主、副产物。这些结果为O2^-是相应催化剂上OCM反应的活性氧物种首次提供了直接的光谱证据。研究结果表明,催化剂的OCM反应性能与其表面酸碱性的强弱并无简单的对应关系。采用原拉时间分辨红外光谱和原位显微Raman光谱技术对SiO2和γ-Al2O3负载的Rh、Ru催化剂上甲烷部分氧化（POM）制合成气反应的研究表明,由CH4直接氧化生成CO和H2是Rh/SiO2上POM反应的主要途径,而燃烧-重整机理是Ru/γ-Al2O3和Ru/SiO2上CO和H2生成的主要途径,反应条件下催化剂表面氧（O^2-)物种浓度的差异很可能是导致这两种催化剂体系上POM反应机理不同的主要原因,其本质可能源于Rh和Ru对氧的亲合力的不同。     

In situ time-resolved FTIR investigation on the reaction mechanism of partial oxidation of methane to syngas over supported Rh and Ru catalysts

In situ time-resolved FTIR spectroscopy was used to study the reaction mechanism of partial oxidation of methane (POM) to synthesis gas and the reaction of CH₄/O₂/He (2/1/45, molar ratio) gas mixture with adsorbed CO species over Rh/SiO₂, Ru/γ-Al₂O₃ and Ru/SiO₂ catalysts at 500—600℃. It was found that CO is the primary product of POM reaction over reduced and working state Rh/SiO₂ catalysts. Direct oxidation of CH₄ is the main pathway of synthesis gas formation over Rh/SiO₂ catalyst. CO₂ is the primary product of POM over Ru/γ-Al₂O₃ and Ru/SiO₂ catalysts. The dominant reaction pathway for synthesis gas formation over Ru/γ-Al₂O₃ catalyst is via the reforming reactions of CH₄ with CO₂ and H₂O. For the POM reaction over Rh/SiO₂ and Ru/γ-Al₂O₃ catalysts, consecutive oxidation of surface CO species is an important pathway of CO₂ formation.     

不同载体负载的钴基费-托合成催化剂性能研究

考察了碳纳米管与传统氧化物作为载体负载的钴基催化剂用于费-托合成反应的性能.采用等体积浸渍法制备了钴基催化剂,并对催化剂进行了TPR、TEM、H2-化学吸附等表征分析.结果表明,Co/SiO2和Co/CNTs催化剂具有较低的还原温度且Co/SiO2催化剂还原峰较狭窄.TEM的结果显示Co/γ-Al2O3催化剂和Co/CNTs催化剂中的钴颗粒粒径分布范围较宽,而Co/SiO2催化剂的钴颗粒粒径分布较为均匀,这是导致其还原峰温范围不同的原因之一.费-托合成反应结果显示Co/CNTs催化剂和Co/γ-Al2O3催化剂具有比Co/SiO2催化剂更高的一氧化碳转化率,而Co/γ-Al2O3和Co/SiO2催化剂具有比Co/CNTs催化剂更高的C5＋选择性和较高的α值.     

金属掺杂对NiO／γ-Al2O3甲烷三重整的影响

考察了掺杂碱金属（Li、K）和碱土金属（Mg、Ba）的NiO／γ-Al2O3催化剂在甲烷三重整反应中的催化性能,并利用程序升温还原、程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征．结果表明,碱金属K的掺杂能同时提高NiO／γ-Al2O3催化剂的CH4和CO2的转化率,而其他金属的掺杂仅对CO2转化有利．750℃时K—NiO／3γ...     

基于过渡金属氧化物载氧体的煤矿通风瓦斯处理性能

采用反应管对基于过渡金属氧化物载氧体的煤矿通风瓦斯(VAM)处理性能展开了研究.结果表明,经活化后的三种载氧体均能将CH4完全转化为CO2,其活性顺序为CuO60/γ-Al2 O3>NiO60/γ-Al2 O3>Fe2 O360/γ-Al2 O3;基于CuO60/γ-Al2 O3的CH4转化率随空速的增加而减小,随CuO负载量和床层温度的升高而增大;煤矿通风瓦斯中的CH4浓度越低,CH4转化率达到90%所需的床层温度就越低;对活性物质低分散高负载的CuO60/γ-Al2 O3和活性物质高分散低负载的CuO5.5/γ-Al2 O3两种CuO/γ-Al2 O3系载氧体进行了比较,发现两种载氧体的CH4转化机理均包含有化学链燃烧和催化燃烧两种机理,基于催化燃烧机理的CH4转化率在一定温度下存在极大值,当床层温度高于该极大值温度时,化学链燃烧对CH4转化率的贡献明显大于催化燃烧对CH4转化率的贡献;相同条件下,CuO5.5/γ-Al2 O3的初期活性优于Cu60/γ-Al2 O3,但CuO60/γ-Al2 O3的活性稳定性优于CuO5.5/γ-Al2 O3.     

Rh在Pt-Pd-Rh/Al2O3汽车尾气净化催化剂中作用的研究

研究了Rh对Pt-Pd-Rh/Al2O3汽车尾气净化催化剂的三效性能及其对CO、O2和CH3CH＝CH2的吸附性能的影响。结果表明：在没有助剂的情况下，Rh是Pt-Pd-Rh/Al2O3三效催化剂中一个必不可少的组元。Rh在贵金属催化剂中，主要是改变金属d能带中电子数目，从而调整金属键的d百分数。     

微细通道内甲烷部分催化氧化的反应特性

基于详细基元反应机理,对微细通道内Rh催化剂表面低浓度CH4部分催化氧化的反应特性进行了数值研究,重点考察了进口温度、CH4/O2体积比以及H2O对CH4部分催化氧化的影响.结果表明:在Rh催化剂表面,CH4的反应为动力学控制,而O2的反应为扩散控制;由于O2的高反应性,CH4首先与O2发生氧化反应,完全氧化产物和部分氧化产物均有生成;当O2被消耗以后,CH4与H2O发生重整反应,而CO2的重整反应没有发生;C/O体积比的增加会导致重整区积碳量的增加,从而CH4的转化率以及部分氧化产物的生成量降低,甚至重整反应停止;添加H2O能够有效地抑制积碳,并促进H2和CO2的生成.     

NO在负载型金属氧化物催化剂上的氧化反应机理

研究了γ- Al2 O3负载的金属氧化物催化剂对 NO催化氧化性能。实验发现 ,30 0°C下催化剂活性顺序为 Mn>Cr>Co>Cu>Fe>Ni>Zn,P-型金属氧化物对 NO的氧化活性较强。对 Mn O2这种具有代表性的 P-型金属氧化物催化剂 ,提出了其 NO催化氧化的反应机理和动力学模型。     

入口气组分对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程的影响

考察了Ni--Yb/γ--Al2O3(Ni 16%,Yb 5%,质量分数)催化剂,入口气中添加不同组分(CO2、H2和CH4)对柴油低/高温水蒸气重整过程中转化率及重整率的影响,以及添加CO2入口气对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程中后续的CO水气变换和深度去除CO过程的影响.结果表明:入口气中添加CO2或H2进一步提高了柴油在低温(400～500℃)水蒸气重整反应中的转化率(95%),能够为后续的高温(550～750℃)水蒸气重整过程提供CH4代替柴油作为重整原料,从而显著抑制了积碳.入口气中添加H2对高温水蒸气重整有抑制作用,添加CH4不利于提高柴油转化率.入口气中添加CO2时,气碳摩尔比约为0.54时柴油转化率最佳,但重整产物中CO含量会增加,因而后续CO水汽变换过程的空速需降低以便保证CO去除率,添加CO2对最后深度去除CO过程(两段选择甲烷化法)无明显影响.     

高分散负载Pd催化剂上CO氧化性能

制备高分散的负载型催化剂是充分利用在自然界中储量极为有限的贵金属资源的重要手段.采用不同方法制备一系列负载Pd催化剂,考察了不同载体负载Pd催化剂的CO氧化性能.发现以乙酰丙酮钯为前驱体制得的Pd/TiO2催化剂活性远高于Pd/SiO2和Pd/Al2O3催化剂的活性,在室温下就表现出较好的CO氧化活性,且在无气相O2条件下CO可以与Pd/TiO2催化剂表面的氧物种(晶格氧)反应生成一定量的CO2.分散度测试、CO吸附的原位红外光谱和程序升温还原的结果表明Pd/TiO2催化剂上Pd物种以高分散Pd0形式存在,并与载体之间存在强相互作用,这可能是Pd/TiO2催化剂具有低温活性的主要原因.     

掺杂氧化物对Ni-ZrO_2-Al_2O_3催化剂的性能影响

用水热合成法分别制备Ni-ZrO2-Al2O3和Ni-MxOy-ZrO2-Al2O3催化剂,并用XRD、H2-TPR、H2-TPD和CO2-TPD方法对对催化剂的晶相结构、活性中心、表面酸碱性等进行表征,同时以CO2重整CH4反应为探针考察催化剂的活性及稳定性。结果表明,在Ni-ZrO2-Al2O3催化剂中掺杂不同的金属氧化物MxOy能改变催化剂的晶相结构,对催化剂表面活性和碱性中心有一定程度的调控作用。掺杂BaO、CeO2和K2O后的催化剂反应的初活性明显增加,在850℃时,使CH4的转化率分别达到92.31%、90.29%和90.06%,CO2的转化率分别达到94.37%、93.94%和93.22%。800℃条件下反应100h后,Ni-BaO-ZrO2-Al2O3催化剂上的CH4转化率基本上维持在85%。     

乙烯直接催化氧化合成醋酸I. 负载型Pd-杂多酸催化剂的组成

研究了负载型Pd-杂多酸催化剂对乙烯直接氧化合成醋酸的催化作用,由固定床反应器考评其催化性能,借助XRD对催化剂进行表征。结果表明以SiO     

焙烧温度对Pt/Al_2O_3催化剂催化纤维素转化性能的影响

以溶剂挥发诱导自组装方法合成的有序介孔氧化铝(MA)为载体负载铂,制备了Pt/MA催化剂。考察了载体和催化剂焙烧温度对Pt/MA催化剂催化纤维素转化性能的影响。采用X射线衍射、N2物理吸附、透射电镜和NH3程序升温脱附等手段对载体和催化剂进行了表征,随着载体焙烧温度的升高,氧化铝的有序度、晶相、比表面积、酸量、铂粒径大小均有明显变化。催化结果表明,载体焙烧温度和催化剂焙烧温度对催化剂的催化性能有显著影响。以800℃焙烧的氧化铝为载体负载铂,再经400℃焙烧制得的催化剂活性最高,六元醇的选择性达到了78.5%。     

Rh—Ag／SiO2催化剂上CO的吸附与加氢反应

应用表面反应红外动态技术考察了促进型铑催化剂Ｒｈ－Ａｇ／ＳｉＯ２上ＣＯ吸附及其加氢反应的性能,结果表明：线式吸附态的ＣＯ对氢的反应性能高于桥式吸附的ＣＯ,是加氢反应的主要活性吸附态．反应条件下温度升高有利于Ｒｈ－Ａｇ／ＳｉＯ２上线／桥ＣＯ吸附态强度比值的增加．表面反应生成了表面甲酰基、甲酸盐、乙酰基、乙酸盐、乙烯酮及烯醇盐等关键的Ｃ１－２含氧中间体．助剂Ａｇ的加入提高了铑催化剂上ＣＯ吸附态的线／桥强度比值以及线式吸附ＣＯ的加氢反应速率和Ｃ２含氧物的生成率．     

载体MgO/Al2O3比对CH4/CO2重整Ni基催化剂性能的影响

以ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３以及其混合物为载体,研究ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３ｍｏｌ比对ＣＨ４／ＣＯ２重整Ｎｉ基催化剂性能的影响．结果表明ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３＝２（ｍｏｌ比）时其催化性能最好,积炭量最少．现场ＴＰＯ实验表明ＣＯ岐化的积炭量均大于相应催化剂ＣＨ４解离的积炭量,表明ＣＨ４／ＣＯ２重整Ｎｉ基催化剂的积炭,ＣＯ歧化高于ＣＨ４解离     

焙烧温度对Ni-Fe/γ-Al_2O_3催化剂一氧化碳甲烷化性能的影响

采用浸渍法制备了6%Ni-4%Fe/γ-Al2O3催化剂,在不同温度（300℃,400℃,500℃,600℃）下进行焙烧,利用连续流动微反装置考察了催化剂的CO低温甲烷化活性,并对催化剂进行了TPR,H2-TPD和CO-TPD表征。结果表明,与其他焙烧温度相比,400℃焙烧的催化剂CO的完全转化温度为220℃,CO甲烷化活性更高;TPR,H2-TPD和CO-TPD表征发现,400℃焙烧的催化剂更易还原,对H2、CO吸附量更多,因而表现出更高的甲烷化活性。     

SO42-/ZrO2-Al2O3-Al固体酸催化合成乙酸己酯

采用铝阳极氧化法制备了Al2O3-Al一体型载体,通过浸渍的方法将固体超强酸SO42-/ZrO2引入到Al2O3-Al上,得到一种新型的固体酸催化剂SO42-/ZrO2-Al2O3-Al,用XRD和NH3-TPD等技术对其结构和表面酸性进行了表征,并研究了反应条件等因素对催化合成乙酸己酯催化性能的影响。结果表明,SO42-/ZrO2-Al2O3-Al固体酸对乙酸己酯合成反应具有很好的催化活性和选择性,催化剂不经处理,可循环使用多次,与一些常见的催化剂相比,具有明显的优点。     

室温常压湿式催化氧化催化剂及废水脱臭研究

炼油焦化废水中主要的恶臭物质为硫化物,本文用沉淀-浸渍法制备了湿式氧化催化剂Fe2O3-CeO2-TiO2/γ-Al2O3,并在室温常压下对模拟焦化废水进行了催化氧化脱臭处理。研究表明,适宜组成的Fe2O3-CeO2-TiO2/γ-Al2O3催化剂,具有较好的室温常压湿式催化氧化去除废水中硫化物的能力,Fe2O3、CeO2和TiO2等组分的适宜组成分别为3.5 wt%、1.6wt%和8.3 wt%。在废水pH为9～10、催化剂用量3 wt%、空气流量0.6 L.min-1/100 mL废水、反应时间90 min条件下,模拟焦化废水的硫化物转化率可达90%以上。废水的臭气强度可下降一级。     

铁系催化剂应用于脱硫的研究

烧结烟气中的SO2是形成酸雨的主要来源。目前常用的湿法脱硫、干法脱硫和半干法脱硫,治理成本高且存在二次污染。通过制备负载型铁系催化剂Fe2O3/γ-Al2O3,在SO2＋CO＋N2氛围下进行催化还原脱硫;在400℃时10%Fe2 O3/γ-Al2 O3催化剂其脱硫率达84%。     

负载型复合半导体光助催化二氧化碳和甲醇直接合成碳酸二甲酯

合成和表征了一种铜掺杂(Ni,Mo,O)负载于TiO2/SiO2(TSO)载体上的复合半导体材料,并用于由甲醇和直接光催化合成碳酸二甲酯(DMC).紫外可见光漫反射及测试结果表明:p-n型复合半导体催化剂可以增强对紫外光的吸收及扩展光响应范围,进而提高光催化性能.其中.w=1%Cu-(Ni,Mo,O)/TSO催化体系具有显著的反应活性和DMC选择性.