CrOzZrO2催化剂对甲烷氧化的催化性能
甲烷燃烧催化
甲烷燃烧催化甲烷是一种常见的天然气,也是一种重要的燃料。
在工业和家庭中,甲烷被广泛用于供暖、烹饪和发电等用途。
然而,甲烷的燃烧会产生大量的二氧化碳和水蒸气,这对环境造成了不可忽视的影响。
为了减少甲烷燃烧排放对环境的负面影响,研究人员开发了甲烷燃烧催化技术。
甲烷燃烧催化是一种利用催化剂促进甲烷燃烧反应的技术。
催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质,它在反应中不参与化学变化。
在甲烷燃烧催化中,常用的催化剂包括铂、钯、铑等贵金属。
甲烷燃烧催化的原理是通过催化剂表面的活性位点吸附甲烷分子,使其发生氧化反应。
在催化剂的作用下,甲烷分子与氧气分子发生反应,生成二氧化碳和水。
催化剂能够提供一个更低的活化能,使反应更容易发生,并且能够选择性地促进甲烷的完全燃烧,减少有害气体的生成。
甲烷燃烧催化技术具有许多优点。
首先,它能够提高甲烷的燃烧效率,减少燃料的浪费。
其次,催化剂可以循环使用,降低了成本。
此外,甲烷燃烧催化还可以减少有害气体的排放,对改善空气质量和保护环境具有积极意义。
然而,甲烷燃烧催化技术也存在一些挑战。
首先,催化剂的选择和设计是关键。
不同的催化剂对甲烷的催化效果有所差异,需要根据具体应用场景进行选择。
其次,催化剂的稳定性也是一个重要的问题。
长时间的高温和高压环境可能导致催化剂的失活,影响催化效果。
为了克服这些挑战,研究人员正在不断努力改进甲烷燃烧催化技术。
他们通过调控催化剂的结构和组成,提高催化剂的活性和稳定性。
此外,一些新型催化剂的开发也为甲烷燃烧催化技术的进一步发展提供了新的可能性。
甲烷燃烧催化技术是一种有效减少甲烷燃烧排放的方法。
通过催化剂的作用,可以提高甲烷的燃烧效率,减少有害气体的生成。
然而,该技术仍面临着一些挑战,需要进一步的研究和改进。
相信随着科学技术的不断进步,甲烷燃烧催化技术将在环境保护和可持续发展中发挥更大的作用。
催化剂性能评价实验-二氧化碳甲烷化实验
一、实验目的1、熟练掌握浸渍法制备固体催化剂并了解常用催化剂制备方法;2、掌握催化剂活性评价方法及其数据处理方法;3、熟悉热导气相色谱仪的使用及熟练读出谱图;4、能熟练使用流量计、控温仪等控制调节反应参数;5、能了解流程内各装置的相应作用并能进行如气密性检查、流量计校正等前期工作。
二、实验原理合成氨工业,对于世界农业生产的发展,乃至对于整个人类文明的进步,都是具有重大历史意义的事件。
氨是世界上最大的工业合成化学品之一,主要用作肥料。
1990年,世界氮肥的消耗量是8030万吨(以氨计),而世界合成氨装置的生产能力已达1.2亿吨,同年,世界主要氮肥品种的尿素产量为8980万吨。
同年,世界合成氨生产能力的分布,35.4%集中在亚洲,居各洲之首。
其中中国是第一大氮肥生产和消费国。
2.1 原理在合成氨和制氢过程中,甲烷化工序的任务是除去经变换和脱碳后气体中的残余的CO和CO2,得到合格的氢氮气送入合成工序﹑得到高纯度氢作为加氢或其他工序用。
甲烷化过程是既方便又有效﹑经济的气体净化方法,在现代氨厂和制氢广泛采用这一工艺。
催化脱除CO﹑CO2涉及到的反应有:CO2+4H2 = CH4+2H2O ΔH2980=-165.08 kJ/molCO2+H2 =CO+H2OCO+3H2 = CH4+H2O ΔH2980=-206.16 kJ/mol 早期的甲烷化工作大部分局限在一氧化碳的甲烷化,但发现对此反应有活性的催化剂也能催化二氧化碳加氢的反应。
起初实验室工作主要使用镍做催化剂。
对碳的氧化物的甲烷化已经证实了镍催化剂比铁催化剂更活泼,而且有更好的活性,并消除了积碳和生成烃的问题。
大多数的工业甲烷化催化剂含有作为活性相的镍,载在氧化铝等惰性物质上。
某些配方含氧化镁或三氧化二铬作为促进剂或稳定剂。
我国于60年代开发了J101型甲烷化催化剂,70年代,为配合引进300kt/a 合成氨装置所用催化剂国产化,研制成功了J105型催化剂,同期,利用引进技术生产了J103H型催化剂,以后又开发了浸渍型J106低镍甲烷化催化剂。
二氧化碳电催化还原耦合甲烷氧化
二氧化碳电催化还原耦合甲烷氧化
二氧化碳电催化还原耦合甲烷氧化是一种利用电化学方法将二氧化碳和甲烷转化为有机化合物的过程。
这种过程可以实现二氧化碳的资源化利用,减少二氧化碳的排放量,同时还能合成有机化合物作为化工原料。
在这种过程中,电催化剂在电解质溶液中起到催化剂的作用。
电催化剂可以吸附二氧化碳和甲烷分子,并通过电子传递反应促进二氧化碳和甲烷的反应。
在这个过程中,二氧化碳被还原成有机化合物,而甲烷则被氧化成其他化合物。
这种二氧化碳电催化还原耦合甲烷氧化的方法具有一定的优点,如资源可持续利用、环境友好等。
然而,这种方法目前仍面临一些挑战,如电催化剂的稳定性、反应的选择性等。
总的来说,二氧化碳电催化还原耦合甲烷氧化是一种有潜力的方法,可以将二氧化碳转化为有机化合物,实现资源的可持续利用。
未来的研究应该致力于进一步提高反应的效率和选择性,以促进这种方法的实际应用。
光催化还原CO_(2)制甲烷催化剂专利技术研究进展
光催化还原CO_(2)制甲烷催化剂专利技术研究进展
叶金胜;郝秋凤
【期刊名称】《化工管理》
【年(卷),期】2022()20
【摘要】CO_(2)甲烷化是实现碳中和的重要途径。
光催化还原CO_(2)制甲烷的关键在于寻找高效的催化剂,尽可能提高CO_(2)的转化率和甲烷的选择性。
文章主要根据国内外光催化CO_(2)甲烷化催化剂的专利申请,从国内外申请趋势、主要申请人分布、核心专利、各催化剂技术分支的发展状况等方面明晰了光催化CO_(2)甲烷化的研究进展。
同时,指出当前光催化CO_(2)甲烷化催化剂存在的不足、研究热点和应对策略,并对未来的发展趋势进行展望。
【总页数】4页(P69-72)
【作者】叶金胜;郝秋凤
【作者单位】国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心
【正文语种】中文
【中图分类】TQ426
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1.铁基催化剂光催化还原CO_(2)研究进展
2.二维/二维S-型Bi_(3)NbO_(7)/g-
C_(3)N_(4)异质结光催化剂驱动选择性CO_(2)还原制CH_(4)3.CO_(2)甲烷化镍基催化剂研究进展4.Co_(3)O_(4)/WO_(3)复合催化剂的合成及可见光催化转化甲烷制甲醇5.聚合氮化碳基Z型光催化体系在水分解和CO_(2)还原领域的研究进展
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核壳结构超级钯催化剂——用于甲烷燃烧
核壳结构超级钯催化剂——用于甲烷燃烧2016-05-26 13:44来源:内江洛伯尔材料科技有限公司作者:研发部原始氧化铝载体(A)和改性后(B)的载体钯催化剂示意图甲烷作为一种温室气体,其温室效应比CO2高20倍,同时,甲烷转化率低会影响燃气涡轮发动机的性能。
目前的催化剂要么400℃以下活性不高,要么高温下不稳定。
所以研发一种甲烷燃烧的强力催化剂具有极大的能源及环境意义。
最近来自美国宾夕法尼亚大学、意大利的里雅斯特大学、西班牙加迪斯大学的研究人员一起,创造出一种可以催化甲烷燃烧的催化剂,这种材料的催化效率是目前可用的催化剂的30倍。
他们采用超分子组装的方法,由巯基十一烷酸(MUA)修饰的2nm左右的纳米钯和烷氧基铈作用,MUA的巯基和羧基可以分别与钯和铈(IV)相连,在十二酸的存在下控制水解,可以得到一种以钯为核二氧化铈为壳的核壳结构。
然后把这种核壳结构分散在Al2O3基质上,Al2O3也是经过疏水化改性的,因为商业的氧化铝是亲水的,Pd@CeO2是疏水的,在亲水性基质上容易发生聚集失活。
文中巧妙的用三乙氧基辛基硅烷(TEOOS)在氧化铝表面引入一层烷基而疏水,这样Pd@CeO2就牢牢地粘在基质表面上,不会聚集失活了。
由于催化剂与载体之间强的相互作用,该催化剂在400℃以下即具有很高的催化活性,并且加热到850℃仍不会聚集烧结。
这一研究成果为更彻底的开发利用甲烷作为能源之一提供了一种有效途径,可降低燃气车辆的温室气体排放。
这种催化剂也可提供一种更干净、更便宜的燃气涡轮机催化燃烧获得能量的方式。
宾夕法尼亚大学化学和生物分子工程学系的Raymond J.Gorte教授对此评价说:“很难想出有这样的材料,它们具有足够的活性和稳定性以承受甲烷燃烧的恶劣条件, 我们的材料对于一些重要的应用而言,看起来很有希望。
”。
等离子体作用下二氧化碳氧化甲烷反应研究——过渡金属氧化物的催化作用
D l nU i rt, aa 16 2 C i aa n e i D i 162 , hn i v sy l n a)
Ab ta t sr c :A e e fs p o e r n i o tl o i e aay t e e p e ae y i r g a in meh d T e e e t f s r s o u p m d ta s in me a xd s c t ss w r r p r d b mp e n t t o . h f c s o i t l o t n i o t xd sc t y t o e me a e r a t n u ig C so i a tw r n e t ae t t s h r r s u .T e r s in mea o i e a a s nt tn e ci sn O2 xd e ei v s g td a mo p ee p e s r a t l l s h h o a n i a e h e u t s o e h tt y e f t r s l h w d ta e tp s o a se tmea x d sc tlssma e a dfee te e tw e e C o tn B 0 . s h r n in tlo i e aay t d i r n f c h n t O2 c ne t W S 3 % h
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过渡金属氧化物的催化作用
翟 林 燕 ,于 淼 倩 ,周 ,张 秀玲
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(大连 大 学 a .环 境 与 化 学 工 程学 院 ;b .物 理 科 学 与 技 术 学 院 ,辽 宁 大 连
摘要 :采用浸渍法制备一系列负载型过渡金属氧化物 催化剂 ,常压下考 察过渡金属 氧化物催化 剂与等离 子体共
铂双金属催化剂铂比对甲烷氧化的影响
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二元合金催化co2rr生成hcooh
二元合金催化co2rr生成hcooh二元合金催化CO2RR生成HCOOH引言:CO2的释放和温室效应是当前全球环境面临的重要问题之一。
因此,将CO2转化为高附加值化学品成为了一种可持续发展的重要途径。
CO2还原反应(CO2RR)是一种将CO2转化为有机物的方法,其中甲酸(HCOOH)是一种重要的产物。
在CO2RR过程中,二元合金催化剂被广泛研究和应用,它们能够有效地催化CO2的还原反应,提高HCOOH的产率和选择性。
一、二元合金催化剂的优势1.1 催化活性增强二元合金催化剂由两种不同金属组成,其催化活性相较于单一金属催化剂有明显提高。
这是因为合金中不同金属之间的相互作用能够调节催化剂表面的电子结构,促进CO2的吸附和活化,从而提高反应速率和选择性。
1.2 电荷转移调控二元合金催化剂的表面存在电子转移,其中一种金属可以吸附和活化CO2分子,另一种金属可以提供电子,促进CO2的还原反应。
这种电荷转移的调控能够有效地提高CO2RR的效率和选择性。
二、二元合金催化剂的种类2.1 金属合金催化剂金属合金催化剂是最常见的二元合金催化剂之一。
例如,铜-银(Cu-Ag)、铜-金(Cu-Au)等合金催化剂在CO2RR过程中表现出较高的催化活性和选择性。
这是因为银和金可以提供电子给铜,促进CO2的还原反应。
2.2 金属氧化物合金催化剂金属氧化物合金催化剂也是一类重要的二元合金催化剂。
例如,铜-氧化锌(Cu-ZnO)合金催化剂在CO2RR反应中具有优异的催化性能。
氧化锌能够提供氧化剂,促进CO2的还原反应,同时铜可以提供电子,提高反应速率。
三、二元合金催化CO2RR生成HCOOH的机理在CO2RR过程中,二元合金催化剂可以通过调节催化剂表面的电子结构,促进CO2的吸附和活化。
以铜-银合金催化剂为例,银可以吸附CO2分子并活化,释放出电子给铜,促进CO2的还原反应。
在反应过程中,CO2的还原经过多个步骤,最终形成甲酸(HCOOH)作为主要产物。
甲烷氧化催化剂的制备及其性能研究
甲烷氧化催化剂的制备及其性能研究引言随着环境问题的日益突出,甲烷的高效利用成为了当今研究的热点。
作为一种最简单的烷烃,甲烷的氧化反应是其最重要的利用方式之一。
当甲烷受到氧气的作用时,可以产生CO和H2O等反应产物,这种甲烷氧化反应不但具有重要的环保意义,而且还可以为合成气制备提供乙烯、丙烯等有机物。
为此,本文将介绍甲烷氧化催化剂的制备方法及其性能研究。
第一章:甲烷氧化机理甲烷氧化反应是一种复杂的氧化反应,其主要反应机理有两种:氧化和部分氧化。
氧化反应:CH4+2O2→CO2+2H2OCH4+O2→CO+2H2O部分氧化反应:CH4+1/2O2→CO+2H2OCH4+1/2O2→CHO+H2O反应机理:在氧化反应中,甲烷将与氧气配对,产生二氧化碳和水。
而在部分氧化反应中,一个低浓度的氧气流量将用作甲烷的部分氧化剂。
此时甲烷不会彻底氧化成二氧化碳和水,而只由一些碳氧化成一氧化碳,其它的碳和氢离开反应部位形成氢气。
第二章:甲烷氧化催化剂的制备方法甲烷氧化催化剂的制备方法主要可以分为二氧化钛负载、有筛子载体和浸渍法等几种。
二氧化钛负载:将一定质量的二氧化钛与甲烷氧化催化剂混合,使得催化剂分散均匀。
该方法的优点是可调控负载的量,可以控制催化剂的分散度和晶型构型,但缺点是二氧化钛对催化剂活性的影响者具有局限性。
有筛子载体:采用具有高比表面积和高孔隙度的载体作为支撑催化剂。
此方法的优点在于可以改善催化剂的热稳定性和活性,但是由于定向结构组装困难,此类催化剂通常工艺复杂。
浸渍法:先制备载体,再经过吸附、沉淀或共沉淀等方法将活性组分拟埋在载体中。
该方法的优点是容易操作,操作流程相对简单,但是常采用物理或化学结合,对催化剂的结构影响大。
第三章:甲烷氧化催化剂性能研究甲烷氧化催化剂的性能研究包括活性研究、选择性研究和热稳定性研究三个方面。
活性研究:分别以Ni/Mg/Al、Cu/ZrO2和NiO/γ-Al2O3为催化剂,进行甲烷氧化反应的活性研究,结果发现活性最高的为Ni/Mg/Al系统。
氧化铈上负载不同金属(铁、钴、镍、钯)复合催化剂对甲烷完全氧化
第48卷第12期2019年12月应㊀用㊀化㊀工AppliedChemicalIndustryVol.48No.12Dec.2019收稿日期:2019 ̄02 ̄28㊀㊀修改稿日期:2019 ̄03 ̄20基金项目:国家自然科学基金(21406153)ꎻ山西省国际科技合作计划项目(201703D421037)ꎻ山西省高等学校优秀青年学术带头人支持计划(154010146 ̄s)ꎻ山西省高等学校科技创新项目(173030116 ̄s)作者简介:王丁(1993-)ꎬ男ꎬ江西抚州人ꎬ在读硕士研究生ꎬ师从李瑞丰教授ꎬ主要从事负载型镍基催化剂的制备以及性能研究ꎮ电话:13934585914ꎬE-mail:1515738986@qq.com通讯联系人:闫晓亮(1985-)ꎬ男ꎬ副教授ꎮE-mail:yanxiaoliang@tyut.edu.cnꎻ李瑞丰(1962-)ꎬ男ꎬ教授ꎮE-mail:rfli@tyut.edu.cn氧化铈上负载不同金属(铁㊁钴㊁镍㊁钯)复合催化剂对甲烷完全氧化的性能研究王丁ꎬ朱淑英ꎬ闫晓亮ꎬ李瑞丰(太原理工大学化学化工学院ꎬ山西太原㊀030024)摘㊀要:以氧化铈为载体ꎬ借助沉积沉淀法负载不同金属(铁㊁钴㊁镍㊁钯)ꎬ继而研究其甲烷燃烧的反应性能ꎮ结果表明ꎬ负载金属钯的催化剂效果最佳ꎬ其在反应温度为350~600ħ表现出极佳的催化活性ꎮ金属氧化物与氧化铈载体间的协同作用在该催化反应中有着很大的影响ꎮ进一步通过氢气程序升温还原手段对比不同催化剂中交界面处的晶格氧在反应中起到的作用ꎮ关键词:沉积沉淀法ꎻ氧化铈ꎻ甲烷燃烧ꎻ金属钯中图分类号:TQ426.81㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1671-3206(2019)12-2867-05Completeoxidationofmethaneondifferentmetals(ironꎬcobaltꎬnickelꎬpalladium)supportedonCeO2WANGDingꎬZHUShu ̄yingꎬYANXiao ̄liangꎬLIRui ̄feng(CollegeofChemistry&ChemicalEngineeringꎬTaiyuanUniversityofTechnologyꎬTaiyuan030024ꎬChina)Abstract:Theunburnedmethanefromenginewhichsupplywithgasorliquefiedpetroleumgaswillex ̄hausttoairꎬcompleteoxidationofmethaneunderlowtemperaturemakesabigdifference.Thisstudyin ̄troducesacatalystwiththesupportofCeO2and4differentmetaloxidesasthecatalyticphasewhichpre ̄paredbythedepositionprecipitationmethod.Thecatalystsupportedwithpalladiumexhibitexcellentcata ̄lyticactivityinthetemperaturerangeof350~600ħinspiresnewdirectionforcompleteoxidationofmethane.ThesynergisticeffectbetweentheCeO2andthesupportedpalladiumoxidenanoclustersplaysacrucialroleinthereaction.Theresultsoftemperature ̄programmedreductionofH2alsoconfirmthesignif ̄icanteffectoflatticeoxygenatoms.Keywords:depositionprecipitationmethodꎻCeO2ꎻmethanecombustionꎻpalladium㊀㊀甲烷ꎬ是天然气中的主要成分ꎬ也是导致温室效应的气体ꎬ其危害程度是二氧化碳的20倍以上[1 ̄6]ꎮ在完全氧化甲烷的过程中ꎬ含有晶格氧的氧化铈(CeO2)可以激活分子氧[7 ̄8]ꎬ金属原子或离子可以有效地激活碳氢化合物中的C H键ꎬ合成纳米复合材料的MOx/CeO2将有望结合两者的优点ꎬ实现甲烷在低温条件下的完全氧化ꎮ作为同一周期内的铁㊁钴㊁镍三种元素ꎬ其金属性逐渐减弱ꎬ非金属性逐渐增强ꎬ是诸多催化反应的活性成分ꎮ金属钯作为金属镍同一族的贵金属元素ꎬ被认为是甲烷完全氧化反应最有效的活性成分[9 ̄10]ꎮ本文将4种不同的金属负载到氧化铈上ꎬ探究其对甲烷完全氧化反应的影响ꎮ1㊀实验部分1.1㊀试剂与仪器硝酸铁[Fe(NO3)3 9H2Oꎬ25g阿拉丁ꎬ99.999%]㊁硝酸钴[Co(NO3)2 6H2Oꎬ500g阿拉丁ꎬ99%]㊁硝酸镍[Ni(NO3)2 6H2Oꎬ500g阿拉丁ꎬ98%]㊁硝酸钯[Pd(NO3)2 2H2Oꎬ1g阿拉丁ꎬPd>39%]㊁硝酸铈[Ni(NO3)3 6H2Oꎬ100g阿拉应用化工第48卷丁ꎬ99.95%]ꎻ蒸馏水(H2Oꎬ自制)ꎻ无水乙醇(EtOHꎬ500mL科密欧ꎬ>99.7%)ꎬ分析纯ꎮRigakuD/Max ̄2500型全自动旋转靶X ̄射线衍射仪ꎻAutoChemⅡ29020型化学吸附仪ꎮ1.2㊀催化剂的制备通过水热合成法[11 ̄12]制备纯的CeO2ꎮ将10mL的0.4mol/L的硝酸铈溶液混合到70mL的6.0mol/L的氢氧化钠溶液当中ꎬ在室温条件下继续搅拌0.5hꎮ搅拌结束后ꎬ将混合溶液装入不锈钢反应釜(内衬材料为聚四氟乙烯)当中ꎬ随后将反应釜密封ꎬ放入120ħ烘箱ꎬ水热合成时间为24hꎮ合成结束后ꎬ取出反应釜ꎬ待反应釜冷却至室温后ꎬ对合成物进行洗涤㊁离心(如此反复多次)ꎬ随后将合成物放入70ħ烘箱内干燥8hꎮ干燥结束后ꎬ将合成物转移至马弗炉ꎬ按照升温的速率2ħ/min升温至450ħꎬ保持3hꎬ从而得到纯的CeO2ꎮ通过沉积沉淀法将纳米簇状的MOx负载到CeO2上ꎮ将1gCeO2与100mLH2O混合ꎬ搅拌(转速360r/min)ꎬ从而形成黄色悬浮状溶液ꎮ随后向黄色悬浮状溶液中加入10mL金属硝酸盐溶液ꎬ在室温下搅拌2hꎮ搅拌结束后ꎬ通过1mol/L的NaOH溶液(逐滴加入)调节溶液pHꎬ使得混合液的pH=10ꎮ调节pH结束后继续搅拌8hꎮ搅拌结束后ꎬ离心ꎬ洗涤ꎬ70ħ烘箱进行干燥(8h)ꎬ最终得到催化剂前体样品ꎮ将催化剂前体样品放置于5%H2/95%N2氛围下ꎬ温度400ħꎬ还原1hꎮ随后在5%O2/95%N2氛围下ꎬ温度500ħꎬ氧化1hꎬ从而得到催化剂ꎮ1.3㊀催化剂反应性能的评价催化剂的评价在固定床反应器上进行ꎬ催化剂用量0.1gꎬ混合0.3g石英砂ꎬ装填到石英管中ꎮ20mL/min的10%CH4/Ar混合10mL/min的纯氧ꎬ空速为18000mL/(g h)ꎮ出口气体用配有TCD的气相色谱仪(SRI8610#3ꎬ配有HayeSepD以及MolecularSieve5A色谱柱)在线分析ꎮ反应起始温度为200ħꎬ按照每40min1次的序列进样方法ꎬ在反应温度为200~600ħ间进行产物检测ꎮ1.4㊀催化剂的表征在LabXXRD ̄6000型全自动旋转靶X射线衍射仪上进行结构分析ꎬCu ̄Kα射线ꎬNi滤波ꎬ40kVꎬ30mAꎬ8(ʎ)/min的扫描速度ꎬ步长0.01ʎꎬ扫描范围为5~35ʎꎮH2 ̄TPR表征在多功能TP ̄5000吸附仪上进行ꎮ样品装量50mg(40~60目)ꎬ300ħHe吹扫1hꎬ然后在流量40mL/min的含7%H2的氮气流中以10ħ/min从室温到1000ħ进行程序升温还原ꎬ热导池(TCD)检测ꎮ2㊀结果与讨论2.1㊀表征分析2.1.1㊀XRD表征㊀通过改进的水热合成法ꎬ在碱性条件下合成纯的氧化铈ꎮ随后ꎬ通过沉积沉淀法形成以催化剂前体ꎬ之后在氧气氛围下进行煅烧(煅烧温度为500ħ)形成以氧化铈为载体的金属氧化物催化剂ꎮ通过XRD表征结果可以发现ꎬ纯的氧化铈载体分别在28.5ꎬ33.0ꎬ47.4ꎬ56.3ʎ以及59 0ʎ位置出峰ꎬ这与氧化铈的面心立方体结构(JCPDS43 ̄1002)相吻合ꎬ其出峰位置分别对应(111)ꎬ(200)ꎬ(220)ꎬ(311)以及(222)晶面[13]ꎮ图1㊀氧化铈的XRD谱图Fig.1㊀XRDpatternofpureCeO2㊀㊀通过沉积沉淀法引入金属后ꎬ对催化剂进行XRD表征ꎬ样品出峰位置与之前表征的氧化铈相同ꎬ表明金属的引入并没有破坏氧化铈的结构ꎮ由于载体的负载量低ꎬ未能在谱图上观察到金属或金属氧化物的特征峰ꎮ8682第12期王丁等:氧化铈上负载不同金属(铁㊁钴㊁镍㊁钯)复合催化剂对甲烷完全氧化的性能研究图2㊀不同催化剂的XRD谱图Fig.2㊀XRDpatternsofdifferentcatalysts㊀㊀(1)a.1.0%FeOx/CeO2ꎻb.2.0%FeOx/CeO2ꎻc.5.0%FeOx/CeO2ꎻd.10.0%FeOx/CeO2ꎻ(2)e.1.0%CoOx/CeO2ꎻf.2.0%CoOx/CeO2ꎻg.5.0%CoOx/CeO2ꎻh.10.0%CoOx/CeO2ꎻ(3)i.1.0%NiOx/CeO2ꎻj.2.0%NiOx/CeO2ꎻk.5.0%NiOx/CeO2ꎻl.10.0%NiOx/CeO2ꎻ(4)m.0.1%PdOx/CeO2ꎻn.0.2%PdOx/CeO2ꎻo.0.5%PdOx/CeO2ꎻp.1.0%PdOx/CeO2ꎻq.5.0%PdOx/CeO22.1.2㊀H2 ̄TPR表征㊀通过H2 ̄TPR实验ꎬ在温度较高时(900ħ)ꎬCeO2被还原为Ce2O3ꎮ4种不同的复合型金属氧化物催化剂中ꎬ都在还原温度区间内出现了不同的还原峰ꎬ表明金属在氧化铈上所形成的氧化物状态非唯一ꎮ负载在氧化铈上的钯的氧化物ꎬ在更低温度下(125ħ)被氢气还原ꎬ该还原峰所对应的钯的氧化态为PdOꎬ从而能够在低温的条件下提供反应所需要的激发态的氧原子ꎬ相对于铁(325ħ)㊁钴(250ħ)以及镍(275ꎬ330ħ)所需的还原温度更低[14 ̄15]ꎮ图3㊀四种催化剂以及载体H2 ̄TPR结果Fig.3㊀H2 ̄TPRresultsfor4catalystsandCeO2a.CeO2ꎻb.5.0%FeOx/CeO2ꎻc.5.0%CoOx/CeO2ꎻd.5.0%NiOx/CeO2ꎻe.5.0%PdOx/CeO2㊀㊀并且ꎬ通过对比4种催化剂H2 ̄TPR还原峰位置ꎬ位于还原温度中间的还原峰(由实线标记)ꎬ其还原温度在4种不同的催化剂的还原过程中依次降低ꎮ分别为5.0%FeOx/CeO2>5.0%CoOx/CeO2>5.0%NiOx/CeO2>5.0%PdOx/CeO2ꎬ而5.0%FeOx/CeO2对应的还原温度与氧化铈载体对应的还原温度一致(都是690ħ)ꎬ证明负载不同的金属可能会改变载体的部分相的还原温度[16]ꎬ继而证明了钯的氧化物相对于其他3种金属氧化物来说ꎬ能在更低的温度下利用氧空位并促进甲烷完全燃烧反应中活性氧的使用ꎮ2.2㊀催化性能分析为探究不同金属与CeO2载体之间的可能存在的协同作用ꎬ在相同反应条件下对FeOx/CeO2㊁CoOx/CeO2㊁NiOx/CeO2㊁PdOx/CeO2催化剂的催化性能进行分析ꎮ通过在不同的反应温度下进行反应ꎬ改变金属的负载量ꎬ从而得出以下几个方面的对比分析ꎮ2.2.1㊀催化效果随温度的变化㊀金属镍ꎬ作为廉价的过渡金属ꎬ在较为温和的条件下即可从高价态还原为低价态ꎬ因此被广泛应用到诸多的反应当中[17 ̄18]ꎮ并且ꎬ金属镍与金属钯属于同一族元素ꎬ其催化活性与金属钯接近ꎮ本小节以金属镍为例ꎬ当反应温度从200ħ上升到600ħ时ꎬ甲烷在温度较低的阶段(200~400ħ)转化率几乎为0ꎬ这表明该催化剂在该阶段反应活性很低或者没有参加反应ꎮ当反应温度达到400ħ以上ꎬ甲烷的转化率随着温度上升而逐渐增加ꎮ对于不同负载量的催化剂ꎬ镍的负载量为5.0%时ꎬ其催化效果显著高于其他负载量的催化剂(1 0%ꎬ2.0%ꎬ10.0%)ꎬ甲烷的转化率在反应温度为400ħ时达到1.26%ꎬ反应温度为500ħ时达到67 42%ꎬ在反应温度为600ħ时达到96.58%ꎮ同比单独载体的CeO2ꎬ其400ꎬ500ꎬ600ħ所对应的甲烷转化率分别为0ꎬ7 86%ꎬ77 25%ꎬ充分说明了负载了金属镍的CeO2ꎬ其催化效果显著提高ꎬ这也就表明ꎬ在甲烷的完全氧化反应过程中ꎬ通过沉积沉淀法引入的金属Ni起到了重要的作用ꎮ图4㊀不同负载量的NiOx/CeO2以及CeO2催化性能Fig.4㊀CatalyticperformanceofpureCeO2anddifferentloadofNiOx/CeO2反应空速为18000mL/(g h)ꎬ催化剂用量为100mg9682应用化工第48卷2.2.2㊀催化效果随不同负载金属的变化㊀通过对比实验结果发现ꎬ当金属的负载量为5.0%时ꎬ其催化效果最佳ꎮ于是ꎬ选择相同负载量(5.0%)不同负载金属的催化剂进行对比ꎮ实验结果表明ꎬ5.0%NiOx/CeO2和5.0%FeOx/CeO2催化效果很接近ꎬ相对于5.0%CoOx/CeO2其催化效果有着明显的提高ꎮ图5㊀相同负载量不同负载金属的MOx/CeO2催化性能Fig.5㊀Catalyticperformanceof100mgofsameloadMOx/CeO2forcompleteoxidationofmethane反应空速为18000mL/(g h)ꎬ催化剂用量为100mg㊀㊀当负载金属为Pd时ꎬ在反应温度为250ħ时ꎬ甲烷的转化率为4.56%ꎬ相对于其他3种催化剂ꎬ5.0%FeOx/CeO2在400ħ的甲烷转化率为2.11%ꎬ5.0%CoOx/CeO2在450ħ的甲烷转化率为2.58%ꎬ5.0%NiOx/CeO2在400ħ的甲烷转化率为2.11%ꎬ其反应温度大大降低ꎮ表1㊀不同催化剂下甲烷完全氧化反应的起始反应温度Table1㊀Startingreactiontemperatureforcompleteoxidationofmethaneoverdifferentcatalysts㊀㊀催化剂CH4转化率/%温度/ħ5.0%PdOx/CeO24.652505.0%FeOx/CeO22.114005.0%CoOx/CeO22.584505.0%NiOx/CeO22.11400㊀㊀进一步比较甲烷转化率为50%所对应的反应温度ꎬ发现5.0%PdOx/CeO2所对应的反应温度为295ħꎬ5.0%FeOx/CeO2所对应的反应温度为480ħꎬ5.0%CoOx/CeO2所对应的反应温度为530ħꎬ5.0%NiOx/CeO2所对应的反应温度为475ħꎮ表2㊀不同催化剂下甲烷转化率为50%的反应温度Table2㊀Reactiontemperatureforthe50%conversionofmethaneoverdifferentcatalysts㊀催化剂CH4转化率/%温度/ħ5.0%PdOx/CeO249.732955.0%FeOx/CeO250.914805.0%CoOx/CeO249.375305.0%NiOx/CeO250.88475㊀㊀通过对比实验数据ꎬ比较负载不同金属的催化剂在甲烷完全氧化反应中ꎬ甲烷完全氧化(甲烷转化率100%)所对应的反应温度ꎬ其中5.0%PdOx/CeO2所对应的反应温度为400ħꎬ5.0%FeOx/CeO2所对应的反应温度为600ħꎬ5.0%CoOx/CeO2所对应的反应温度大于600ħꎬ5.0%NiOx/CeO2所对应的反应温度为600ħꎮ表3㊀不同催化剂下甲烷转化率接近100%的反应温度Table3㊀Reactiontemperatureforthe100%conversionofmethaneoverdifferentcatalysts催化剂CH4转化率/%温度/ħ5.0%PdOx/CeO298.474005.0%FeOx/CeO295.326005.0%CoOx/CeO281.716005.0%NiOx/CeO296.586002.3㊀稳定性实验5.0%PdOx/CeO2催化剂的稳定性是在反应温度为400ħ的条件下进行的ꎬ反应空速为18000mL/(g h)ꎬ催化剂用量为100mg保持不变ꎮ如图6所示ꎬ甲烷的转化率在第1d(前24h)只发生了微小的变化ꎬ这就表明ꎬ该催化剂在高温处理下表现出极好的催化稳定性ꎮ当反应进行了48h后ꎬ甲烷的转化率降低了7.34%ꎮ当反应继续进行ꎬ甲烷的转化率在96h(4d)后降低了15.71%ꎮ分析甲烷转化率下降的可能原因:(1)反应进行中产生H2Oꎬ使得催化剂活性降低[2]ꎻ(2)高温下催化剂表面结构发生变化ꎬ催化剂的形态发生变化ꎮ虽然5.0%PdOx/CeO2催化剂在反应进行4d后ꎬ甲烷的转化率有所降低ꎬ但依旧能够保持74.19%之高ꎬ相对于其他催化剂在同等条件下甲烷转化率很低(5.0%NiOx/CeO2)或者未发生反应(5.0%CoOx/CeO2)来说ꎬ其转化率依旧很高ꎮ图6㊀5.0%PdOx/CeO2催化剂在400ħ下的稳定性测试Fig.6㊀Stabilitytestof5.0%PdOx/CeO2at400ħ反应空速为18000mL/(g h)3㊀结论通过比较4种负载不同金属(铁㊁钴㊁镍㊁钯)纳米复合催化剂对甲烷完全氧化反应的影响ꎬ得出了4种金属中金属钯更适合催化甲烷完全氧化反应的结论ꎮ并且催化剂5.0%PdOx/CeO2在反应温度为0782第12期王丁等:氧化铈上负载不同金属(铁㊁钴㊁镍㊁钯)复合催化剂对甲烷完全氧化的性能研究250ħ就能起活ꎬ在反应温度为295ħ时能够实现49.73%的甲烷转化率ꎬ并且在反应温度为400ħ时就能达到98.47%的甲烷转化率ꎮ对催化剂进行XRD表征ꎬ样品出峰位置与之前表征的氧化铈相同ꎬ表明金属的引入并没有破坏氧化铈的结构ꎮ通过H2 ̄TPR表征手段发现ꎬ4种不同的复合型金属氧化物催化剂中ꎬ负载在氧化铈上的钯的氧化物ꎬ在更低温度下(125ħ)被氢气还原ꎬ相对于铁(325ħ)㊁钴(250ħ)以及镍(275ꎬ330ħ)所需的还原温度更低ꎮ在稳定性实验中ꎬ该催化剂在高温处理下表现出极好的催化稳定性ꎮ当反应进行了48h后ꎬ甲烷的转化率降低了7.34%ꎮ当反应继续进行ꎬ甲烷的转化率在96h(4d)后降低了15.71%ꎬ但依旧能够保持74.19%之高ꎮ参考文献:[1]㊀CargnelloMꎬJaénJJDꎬGarridoJCHꎬetal.ExceptionalactivityformethanecombustionovermodularPd@CeO2subunitsonfunctionalizedAl2O3[J].Scienceꎬ2012ꎬ337(6095):713 ̄717.[2]MonaiMꎬMontiniTꎬChenCꎬetal.MethanecatalyticcombustionoverhierarchicalPd@CeO2/Si ̄Al2O3:Effectofthepresenceofwater[J].ChemCatChemꎬ2015ꎬ7(14):2038 ̄2046.[3]CamuzeauxJRꎬAlvarezRAꎬBrooksSAꎬetal.Influenceofmethaneemissionsandvehicleefficiencyontheclimateimplicationsofheavy ̄dutynaturalgastrucks[J].Environ ̄mentalScience&Technologyꎬ2015ꎬ49(11):6402 ̄6410. [4]LouYꎬMaJꎬHuWꎬetal.Low ̄temperaturemethanecom ̄bustionoverPd/H ̄ZSM ̄5:activePdsiteswithspecificelectronicpropertiesmodulatedbyacidicsitesofH ̄ZSM ̄5[J].AcsCatalysisꎬ2016ꎬ6(12):8127 ̄8139. [5]HouZꎬLiuYꎬDengJꎬetal.HighlyactiveandstablePd ̄GaOx/Al2O3catalystsderivedfromintermetallicPd5Ga3nanocrystalsformethanecombustion[J].ChemCatChemꎬ2018ꎬ10(24):5637 ̄5648.[6]WillisJJꎬGalloAꎬSokarasDꎬetal.Systematicstructure ̄propertyrelationshipstudiesinpalladium ̄catalyzedmeth ̄anecompletecombustion[J].ACSCatalysisꎬ2017ꎬ7(11):7810 ̄7821.[7]DanielisMꎬColussiSꎬLeitenburgCꎬetal.Outstandingmethaneoxidationperformanceofpalladium ̄embeddedceriacatalystspreparedbyaone ̄stepdryball ̄millingmethod[J].AngewandteChemieꎬ2018ꎬ130(32):10369 ̄10373.[8]EschFꎬFabrisSꎬZhouLꎬetal.Electronlocalizationde ̄terminesdefectformationonceriasubstrates[J].Scienceꎬ2005ꎬ309(5735):752 ̄755.[9]MayernickADꎬJanikMJ.MethaneactivationandoxygenvacancyformationoverCeO2andZrꎬPdsubstitutedCeO2surfaces[J].TheJournalofPhysicalChemistryCꎬ2008ꎬ112(38):14955 ̄14964.[10]李赫.载体及活性组分对甲烷低温燃烧催化性能的影响[J].应用化工ꎬ2007ꎬ36(8):795 ̄796.[11]XuQꎬLeiWꎬLiXꎬetal.Efficientremovalofformalde ̄hydebynanosizedgoldonwell ̄definedCeO2nanorodsatroomtemperature[J].EnvironmentalScience&Technolo ̄gyꎬ2014ꎬ48(16):9702 ̄9708.[12]LiuXꎬZhouKꎬWangLꎬetal.Oxygenvacancyclusterspromotingreducibilityandactivityofceriananorods[J].JournaloftheAmericanChemicalSocietyꎬ2009ꎬ131(9):3140 ̄3141.[13]XiaoLꎬSunKꎬXuXꎬetal.Low ̄temperaturecatalyticcombustionofmethaneoverPd/CeO2preparedbydeposi ̄tion ̄precipitationmethod[J].CatalysisCommunicationsꎬ2005ꎬ6(12):796 ̄801.[14]LeiYꎬLiWꎬLiuQꎬetal.TypicalcrystalfaceeffectsofdifferentmorphologyceriaontheactivityofPd/CeO2cat ̄alystsforleanmethanecombustion[J].Fuelꎬ2018ꎬ233:10 ̄20.[15]NakagawaKꎬOhshimaTꎬTezukaYꎬetal.MorphologicaleffectsofCeO2nanostructuresforcatalyticsootcombus ̄tionofCuO/CeO2[J].CatalysisTodayꎬ2015ꎬ246:67 ̄71. 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分子筛催化甲烷氧化
分子筛催化甲烷氧化介绍甲烷氧化是一种重要的化学反应,可以将甲烷转化为甲酸、甲醛等有机化合物,具有广泛的应用前景。
然而,由于甲烷分子的惰性和高活化能,甲烷氧化反应往往需要高温和高压条件下进行,导致能源浪费和环境污染。
为了解决这个问题,研究人员一直在寻找一种高效的催化剂来降低反应温度和压力。
分子筛作为一种重要的催化剂,在甲烷氧化反应中发挥着重要的作用。
分子筛的特点分子筛是一种具有有序孔道结构的晶体材料,其孔道大小和形状可以通过合成方法进行调控。
分子筛具有以下特点: 1. 高比表面积:分子筛具有非常高的比表面积,可以提供大量的活性位点,从而增加反应物与催化剂的接触面积,提高反应效率。
2. 有序孔道结构:分子筛的孔道结构可以提供良好的扩散路径,使得反应物能够快速进入催化剂内部,提高反应速率。
3. 可调控孔径:通过合成方法可以调控分子筛的孔径大小,从而实现对反应物的选择性吸附和转化。
分子筛催化甲烷氧化机理分子筛催化甲烷氧化的机理主要分为以下几个步骤:1. 甲烷的吸附甲烷分子首先在分子筛表面被吸附,吸附方式可以是物理吸附或化学吸附。
吸附后的甲烷分子与分子筛表面的活性位点发生相互作用。
2. 活性氧物种的生成在分子筛内部,氧气分子被分子筛表面的金属离子氧化成活性氧物种,如氧离子(O-)或超氧根离子(O2-)。
3. 活性氧物种的迁移活性氧物种在分子筛内部发生迁移,通过分子筛的孔道扩散到甲烷吸附位点附近。
4. 活性氧物种与甲烷的反应活性氧物种与吸附在分子筛表面的甲烷分子发生反应,生成甲酸、甲醛等有机化合物。
反应的具体产物取决于反应条件和催化剂的性质。
分子筛催化甲烷氧化的影响因素分子筛催化甲烷氧化的效果受到多种因素的影响,包括催化剂的组成、结构和表面性质,反应条件等。
1. 催化剂的组成和结构催化剂的组成和结构对甲烷氧化反应的活性和选择性有重要影响。
常用的催化剂包括贵金属催化剂(如铂、钯等)和过渡金属氧化物催化剂(如钼、钨等)。
高稳定一氧化碳甲烷化NiZrO_2催化剂的合成及性能研究
高稳定一氧化碳甲烷化Ni/ZrO_2催化剂的合成及性能研究近年来,天然气需求量激增,除去依靠进口,我国利用煤经合成气制备甲烷工业化工艺日益成熟,但是制约CO甲烷化技术的根本是CO甲烷化催化剂。
由于镍来源广泛,廉价低廉,且催化加氢活性与贵金属催化剂相当,所以甲烷化催化剂通常选用镍基催化剂,但与此同时镍基催化剂面临着积碳和烧结两大难题,设计开发抗积碳抗烧结镍基催化剂变得尤为重要。
合成气制备甲烷是一个强放热反应,并且伴随着积碳副反应的发生。
一方面,CO甲烷化反应过程中发生强放热,使纳米镍金属颗粒迁移、团聚,导致镍颗粒长大、烧结。
另一方面,由于甲烷化反应过程中产生大量的碳沉积,包覆在活性镍金属表面会造成了催化剂的积碳失活,已失活的催化剂再生需要工厂停车更换或者再生催化剂,增加了生产成本。
所以如何增强镍基催化剂的抗烧结和抗积碳性能是CO 甲烷化反应能够实现应用的关键。
本文立足于CO甲烷化镍基催化剂实际应用中烧结和积碳两个问题,旨在通过特殊氧化锆载体空间限域效应,将纳米镍颗粒限制于载体孔道中,增强其在天然气制备过程中镍基催化剂的抗烧结性能,通过合理构筑载体金属界面和优化载体缺陷位结构,增强碳中间物种的转化,提高催化剂在反应过程中的抗积碳性能。
通过建立催化剂本征结构与抗积碳和抗烧结性能之间的内在联系,为同时具有抗积碳和抗烧结性能的镍基催化剂制备提供理论基础和新的技术方法。
本文借助载体限域效应以金属有机骨架材料为出发点,通过“一锅法”将不同镍盐前驱体负载到锆基金属有机骨架材料制备Ni/MOFs,利用热焙烧的方法得到具有丰富孔道结构限域的镍基催化剂,把活性组分镍铆钉在载体上,实现活性中心与载体之间的强相互作用力,达到镍基催化剂在甲烷化反应中高稳定性的目的。
选用新型UiO-66作为载体前驱体,在合成UiO-66的过程中,通过“一锅法”引入不同镍源[Ni(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>.6H<sub>2</sub>O、NiCl<sub>2</sub>.6H<sub>2</sub>O、Ni(CH<sub>3</sub>COO)<sub>2</sub>.4H<sub>2</sub>O]获得催化剂前驱体,借助热焙烧得到的NiO/ZrO<sub>2</sub>。
Ru_ZrO_2作用下的二氧化碳甲烷化催化反应机理
文章编号:025322409(2001)0120087204 收稿日期:2000206220;修回日期:2000210206 基金项目:国家自然科学基金(20072005) 作者简介:江 琦(19642),男,云南昭通人,博士,副教授,研究方向催化和碳一化学。
Ru/Z rO 2作用下的二氧化碳甲烷化催化反应机理江 琦(华南理工大学化工系,广东广州 510641)关键词:二氧化碳;甲烷化;反应机理;Ru/Z rO 2催化剂;DRIFT 中图分类号:T Q20312 文献标识码:A 二氧化碳是地球上储量最大的碳源之一。
随着石油资源的日益枯竭,加之向大气中大量排放二氧化碳所引起的严重的生态环境等问题,二氧化碳的转化和应用研究日见活跃,其中二氧化碳的催化加氢甲烷化由于具有明确的应用前景而倍受关注,对其催化反应机理的研究也逐渐展开[1]。
在早期工作中,研究者一般认为二氧化碳并未在催化剂表面吸附,而是经气相还原生成一氧化碳,然后再进一步加氢而得到甲烷,这些看法因缺少直接证据并与实验事实相悖而缺乏说服力[2]。
随着研究的深入及催化剂表征手段的进步,学者们普遍认同这样一种观点:二氧化碳加氢反应机理中包含催化剂表面含碳物种的形成过程,但在起主要作用的表面含碳物种的种类方面仍存在较大的分歧。
S olym osi 等认为吸附于催化剂表面的一氧化碳是二氧化碳加氢反应中起主要作用的表面含碳物种[3],有部分研究者也持类似的看法[4]。
Schild 等则认为吸附于催化剂表面的含氧酸根是主要的中间物种[5]。
近年来,漫反射付立叶红外光谱(Diffuse Reflectance Infrared F ourier T rans 2form S pectroscopy ,DRIFT )的发展为催化反应机理的研究提供了一种有力的表征手段,是催化研究中颇为引人注目的新工具[6]。
Ru/Z rO 2是二氧化碳加氢过程的高活性催化剂[1],本文利用DRIFT 对Ru/Z rO 2催化剂作用下的二氧化碳加氢甲烷化反应作了研究,揭示了吸附于催化剂表面的含碳物种种类,确定了在反应中起主要作用的物种,并在此基础上提出了相应的催化反应机理。
甲烷化催化剂及反应机理的研究进展
甲烷化催化剂及反应机理的研究进展
近年来,很多新型催化剂被开发用于甲烷化反应。
其中最常用的是过渡金属催化剂,如铂、钯、镍等。
这些催化剂具有较好的活性和稳定性,能够在较低的温度下催化甲烷化反应。
一些非金属催化剂,如氧化锆、氧化镁等,也被用于甲烷化反应。
这些非金属催化剂具有较高的表面积和活性位点,能够提高甲烷化反应的效率。
甲烷化反应的机理主要分为两步。
第一步是甲烷的活化,甲烷分子与催化剂表面的活性位点发生反应,生成甲烷的活化产物。
第二步是活化产物的重排,通过分子内或分子间的重排反应,将活化产物转化为目标产物。
催化剂的活性位点对甲烷活化的速率和选择性有重要影响。
常见的活性位点有金属表面的空位和边界位。
金属表面的空位能够吸附和活化甲烷分子,而边界位则能够促进活化产物的重排反应。
近年来,研究人员通过多种方法探索了甲烷化反应的机理。
实验研究是了解催化剂活性位点和反应机制的重要手段。
通过表征催化剂的物理和化学性质,可以确定活性位点的类型和数量,并研究甲烷化反应的速率和选择性与催化剂性质之间的关系。
理论计算方法也被广泛应用于甲烷化反应的研究。
通过构建反应模型和计算能垒,可以预测活化产物的结构和能量,并揭示甲烷化反应的反应路径和速率控制步骤。
甲烷化催化剂及反应机理的研究已经取得了很大的进展。
发展新型催化剂和深入探究反应机理,有助于提高甲烷化反应的效率和选择性,同时降低催化剂的成本和环境污染。
未来的研究方向包括优化催化剂的结构和性质,开发多功能催化剂和绿色催化剂,以及深入理解催化剂与活化物质之间的相互作用。
碳化钼电催化
碳化钼电催化
碳化钼(Mo2C)是一种具有潜力的电催化剂材料,尤其在氧还原反应(ORR)和氢进化反应(HER)中表现出优异的性能。
以下是关于碳化钼电催化的一些详细信息:
1. 在碱性介质中的氧还原反应(ORR):研究表明,碳负载的碳化钼在ORR中表现出良好的电催化性能,尤其是在更高的正发作和半波电势下提供更高的电流密度。
2. 甲烷重整反应中的应用:碳化钼作为催化剂在甲烷重整制氢中也显示出优势,研究人员提出了几种策略来提高其活性及稳定性。
3. 氢进化反应(HER)中的应用:钼基电催化剂,包括碳化钼,因其在宽pH范围内的高活性和稳定性,被视为替代昂贵Pt基HER催化剂的有希望的候选者。
4. 导电性问题:尽管纯Mo2C存在导电性的问题,但通过与其他材料的复合或改性,可以提高其导电性和整体电催化性能。
5. 成本效益:与铂(Pt)等贵金属相比,碳化钼具有成本低、易于合成等优点,这使得它成为电催化剂研究领域的热点材料。
6. d带电子结构:碳化钼的d带电子结构与铂相似,这有助于其在电催化过程中的表现。
7. 宽pH适用性:碳化钼能够在不同pH值的环境中保持活性和稳定性,这对于实际应用是非常重要的特性。
总的来说,碳化钼作为一种电催化剂,在能源转换和存储领域具有广泛的应用前景。
目前的研究主要集中在如何进一步提高其活性、稳定性以及如何解决导电性问题,以实现其在工业上的大规模应用。
Ru_ZrO_2作用下的二氧化碳甲烷化催化反应机理
文章编号:025322409(2001)0120087204 收稿日期:2000206220;修回日期:2000210206 基金项目:国家自然科学基金(20072005) 作者简介:江 琦(19642),男,云南昭通人,博士,副教授,研究方向催化和碳一化学。
Ru/Z rO 2作用下的二氧化碳甲烷化催化反应机理江 琦(华南理工大学化工系,广东广州 510641)关键词:二氧化碳;甲烷化;反应机理;Ru/Z rO 2催化剂;DRIFT 中图分类号:T Q20312 文献标识码:A 二氧化碳是地球上储量最大的碳源之一。
随着石油资源的日益枯竭,加之向大气中大量排放二氧化碳所引起的严重的生态环境等问题,二氧化碳的转化和应用研究日见活跃,其中二氧化碳的催化加氢甲烷化由于具有明确的应用前景而倍受关注,对其催化反应机理的研究也逐渐展开[1]。
在早期工作中,研究者一般认为二氧化碳并未在催化剂表面吸附,而是经气相还原生成一氧化碳,然后再进一步加氢而得到甲烷,这些看法因缺少直接证据并与实验事实相悖而缺乏说服力[2]。
随着研究的深入及催化剂表征手段的进步,学者们普遍认同这样一种观点:二氧化碳加氢反应机理中包含催化剂表面含碳物种的形成过程,但在起主要作用的表面含碳物种的种类方面仍存在较大的分歧。
S olym osi 等认为吸附于催化剂表面的一氧化碳是二氧化碳加氢反应中起主要作用的表面含碳物种[3],有部分研究者也持类似的看法[4]。
Schild 等则认为吸附于催化剂表面的含氧酸根是主要的中间物种[5]。
近年来,漫反射付立叶红外光谱(Diffuse Reflectance Infrared F ourier T rans 2form S pectroscopy ,DRIFT )的发展为催化反应机理的研究提供了一种有力的表征手段,是催化研究中颇为引人注目的新工具[6]。
Ru/Z rO 2是二氧化碳加氢过程的高活性催化剂[1],本文利用DRIFT 对Ru/Z rO 2催化剂作用下的二氧化碳加氢甲烷化反应作了研究,揭示了吸附于催化剂表面的含碳物种种类,确定了在反应中起主要作用的物种,并在此基础上提出了相应的催化反应机理。
甲烷燃烧催化剂有哪些活性组分
甲烷燃烧催化剂有哪些活性组分2016-05-26 13:40来源:内江洛伯尔材料科技有限公司作者:研发部氧化钯活性成分催化甲烷示意图最近的研究普遍认为,甲烷燃烧Pd催化剂的活性组分是PdO。
但是,Pd基催化剂的一个特征是在温度高于750℃时PdO会分解成活性较低的还原态Pd,从而导致甲烷转化率的降低。
当冷却到低于PdO的分解温度时,PdO会重新氧化,存在一定的滞后,这种现象会导致燃烧过程的不稳定。
Ozawa等发现在Pd催化剂中加入Pt导致初活性降低,而双组分催化剂的稳定性改善。
最近大量研究表明,Pd-Pt双组分催化剂和Pd的单组份催化剂相比具有较好的稳定性。
加入Pt之后,通过TEM、EDS、XPS、EXAFS、PXRD和TPO等表征手段,对Pd-Pt双组分催化剂的表征测试,表明在接近PdO的地方形成了Pd-Pt合金。
Pd-Pt合金的形成改变了催化剂的氧化还原性能,从而抑制了活性组分PdO的分解;Cho等认为也可能是形成的Pt-Pd纳米粒子的协同效应,抑制了PdO-Pd形态的转变,而使得Pd催化剂在升降温过程中的活性差异消失。
同样,Maione也认为Pd-Pt/Al2O3催化剂好的热力学稳定性是由于生成的PdO-PtO之间的协同效应。
Pd基催化剂的另一个特征是活性组分在高温下容易发生迁移和表面团聚,导致催化剂的活性下降。
Pt的加入能够提高活性组分Pd的分散度,从而稳定性提高。
Narui等通过TEM和 EDS研究了加入Pt前后甲烷燃烧催化剂PdO/α-Al2O3对高温下活性组分颗粒的尺寸分布和形状的影响,发现在温度为843-863K时,PdO/α-Al2O3催化剂表面担载的活性组分会发生迁移,像露珠一样在α-Al2O3载体的表面团聚;加入Pt之后,担载的催化剂活性组分颗粒就不会发生迁移和团聚。
而且每个PdO颗粒都包含Pt,包含Pt的PdO颗粒都具有同样的接触角,和不含Pt的PdO 颗粒相比颗粒变得扁平。
二氧化锆助剂对碳纳米管负载钴基催化剂费-托合成催化性能的影响
二氧化锆助剂对碳纳米管负载钴基催化剂费-托合成催化性能的影响李金林;谢卫【期刊名称】《中南民族大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2011(030)002【摘要】通过浸渍法制备了碳纳米管负载的钴基催化剂,考察了助剂ZrO2的加入方式对催化剂的费-托合成催化性能的影响.采用透射电子显微镜、氮气物理吸附脱附、X-射线衍射、H2-程序升温还原、X-射线光电子能谱等方法对催化剂进行了表征,并在固定床反应器上对催化剂的费-托合成反应性能进行了测试.结果表明:对于先浸渍钴后浸渍锆或者钴和锆同时浸渍的催化剂,ZrO2的加入提高了钴的分散度;但是先浸渍钴后浸渍锆,Zr02覆盖了部分钴的表面,使得此种催化剂表现出最低的反应活性.先浸渍锆后浸渍钴的催化剂的钴颗粒虽然较大,但是催化剂中表面钴原子的密度最大,从而表现出最高的反应活性.【总页数】5页(P1-5)【作者】李金林;谢卫【作者单位】中南民族大学催化材料科学湖北省暨国家民委-教育部共建重点实验室,武汉430074;中南民族大学催化材料科学湖北省暨国家民委-教育部共建重点实验室,武汉430074【正文语种】中文【中图分类】O643.36+1【相关文献】1.碳纳米管助剂对费托合成用氧化铝担载纳米钴基催化剂的影响 [J], 张辉;储伟;邹长军;郑剑2.中孔分子筛HMS负载钴催化剂在费-托合成中的应用载体HMS的孔径对钴基催化剂性能的影响 [J], 银董红;李文怀;钟炳;彭少逸3.Mn和Zr助剂对介孔碳负载钴基催化剂费托合成反应性能的影响 [J], 张庆玲;郭荷芹;侯博;王俊刚;李德宝;贾丽涛4.同构替代镧掺杂SBA-15负载钴基催化剂对费-托合成性能的影响 [J], 刘西京;陶从良;董俊5.铁助剂对纳米ZSM-5负载钴催化剂的费-托合成催化性能的影响 [J], 李金林;黄思源;陈耀;张煜华;刘成超;洪景萍因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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Temperture(oc)
图1
800(a)和1000 oC(b)焙烧后CrOx/Zr02催化剂的CH4氧化活性
2.催化剂的稳定性
为了了解催化剂的稳定性,图2给出了20CZ.8催化剂对cH4在350。C时的氧化反应性能。由图中可 以看出,在测试时间15 h范围内CI--14的转化率始终保持在80%左右,说明催化剂的稳定性良好。
a1.,AppL
CataL A,2006,297:151-158.
【4】M.Astier,E.Garbowski,M.Prime.c口f以如ff.,2004,95:31 f5】X。H.Wang,G.Zh。Lu,Y.Ouo el a1.,劬玩■Catal.,2008,29(10):1043—1050
高稳定性。
本文采用沉淀法制备了CrOx/Zr02催化剂,按Cr含量5%、10%、20%和40%(wt)称取适量 Cr(N03)3"9H20,溶解后边搅拌边加入Zr02粉末,继续搅拌并滴)b11 1 mol/L(NH4hC03溶液至完全沉淀 (pH=8),沉淀陈化2 h经洗涤、抽滤后120 oC烘干过夜,再在N2气氛中350。C焙烧4 h制得前驱体,
Time
onLeabharlann stream(h)图2 20CZ.8催化剂对CH4在350。C时的氧化反应
参考文献
【l】
刘树强。宋月芹,贺德华等,祷鲁学橙化学号坝,2009,30(1):106・112
et
f2】周伟华,肖德海,李静等,应用纪毙2006,23(2):131-135
【3】C.Yao,L.Wang,Y.Liu
然后将前驱体分别在800和1000 oC空气气氛中焙烧4 h,制得催化剂分别标记为wCZ.8和wCZ.10(w
表示催化剂中Cr的百分含量)。用上述沉淀方法制备的Cr203记为Cr-8和Cr-lO,活性评价时按Cr含量 20%用石英砂稀释。作为空白实验的Zr02焙烧后记为Zr-8和Zr-10。
1.催化剂的CH。氧化活性
Cr含量从5%提高到20%时,催化剂的活性随着Cr含量的增加而提高。但Cr含量提高到40%催化 剂活性却又有所降低。以Cr含量为20%催化剂的氧化活性最高,CI-h完全转化温度为450 oC。催化 剂对CH4氧化性能随着Cr含量的升高而增强,但进~步增加Cr含量对催化性能不利。这是由于催
化剂中活性物种Cr203随Cr含量增加而增多,但进一步增加Cr含量使Cr203晶粒增大,导致活性下
oC,
‘
浙江省科技计划项目(2008C21020)资助 ”通讯联系人(E-mail:mengfeiluo@zinu.en)
408
焙烧温度提高200 oC而,Ib只提高50。C,表明催化剂具有较好的热稳定性。
100
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200 300 400 500 600
图l为800(a)和1000 oC(b)焙烧后CrOrdZr02催化剂对CH4氧化活性。从图1(a)可知
800
oC焙烧后纯Zr02对CH4的氧化活性较低,反应温度为600 oC时CH4的转化率只有90%。用石
英砂稀释的纯Ch03催化剂虽然Cr含量为20%催化活性却比20CZ.8催化剂低很多,说明cr2th和 zr02同时存在有利于甲烷的氧化。CrOrdZr02催化剂对CI-h的氧化活性比纯Zr02有明显提高,而且
CrOx/Zr02催化剂对甲烷氧化的催化性能・
马瑞红,
金凌云,邢丽琼,鲁继青,
罗孟飞”
(浙江师范大学物理化学研究所,浙江省固体表面反应化学重点实验室,浙江金华321004)
关键词:三氧化二铬;氧化锆;负载型催化剂;甲烷氧化
CH4作为一种能源有其特有的优势,如高的H/C比和燃烧热,但直接排放到空气中导致的温室效 应是C02的20倍。CH4的低温催化氧化可以充分利用能源并做到有害气体的零排放。目前比较成熟的 CH4催化氧化研究多采用贵金属催化剂,如Pt,Pd,Rh等。但贵金属资源短缺,价格昂贵且耐热性 能差,因此对非贵金属催化剂的研究受到重视。而非贵金属催化剂的研究关键是催化剂的高活性和
降。
图l(b)中催化剂焙烧温度提高后对CH4的氧化活性与800 oC焙烧的规律一致。差别在于,
1000
oC焙烧后的催化剂对CH4的氧化活性有所降低,但降低幅度并不是很大。这可能是因为催化
剂焙烧温度提高后催化剂的晶粒增大、比表面积减少,所以活性下降。20CZ.8和20CZ.10两个催化 剂cH4氧化的完全转化温度1b(转化率为99%以上所需的最低反应温度)分别为450和500