铂铁双金属催化剂用于费托合成反应
费托合成铁系催化剂还原工艺优化
费托合成铁系催化剂还原工艺优化马国清（内蒙古伊泰煤基新材料研究院有限公司，内蒙古东胜 ０１７０００） 摘 要：催化剂还原是费托合成反应的前期步骤，是整个煤制油的重要环节之一。
本文从生产实践出发，总结了催化剂还原过程工艺指标控制，并根据实际经验对催化剂还原工艺行了优化，最终确定了最优化的还原方案。
关键词：费托合成；催化剂；还原；温度；压力；Ｈ２／ＣＯ 中图分类号：ＴＱ５２９．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９８１（２０１９）０３—００６９—０２ 费托催化剂出厂时为氧化态固体颗粒，不具备反应活性，使用前必须经过化学处理，即催化剂还原。
催化剂还原是在氢气作用下将氧化态的铁系催化剂转变成具有反应活性的还原态铁系催化剂的过程，该过程是费托合成反应的前期步骤，还原效果好坏直接影响费托合成反应，是整个煤制油的重要环节之一。
＋内蒙古伊泰伊泰化工有限责任公司自２０１７年７月开车至今，还原系统共还原催化剂共计１００余次，共还原催化剂１０００余吨，根据生产的实际情况，费托催化剂还原方案也经过了多次修改。
１ 催化剂还原关键指标控制１．１ 还原温度催化剂升温过程是催化剂活化过程，严格按照升温曲线对催化剂进行升温，有利于催化剂活性激发。
起始加料阶段，升温要求不高，１２０℃之前可以升温较快，一般１５－２０℃／ｈ。
催化剂起活性一般在２２３－２２５℃左右，此时通过分析尾气可明显看出甲烷成分明显增多。
２２５℃之后直至恒温，由于有放热反应，升温速度需减缓以稳定操作不至飞温，一般控制在５℃／ｈ，还原最高（恒温）温度为２５５℃。
１．２ 入塔气氢碳比及尾气氢碳比调节入塔气氢碳比主要目的是调节还原气氛，把握原则是２００℃以下纯氢气气氛，反应阶段及恒温阶段氢碳比气氛为８０－１００（实验室要求）。
还原反应器入塔气Ｈ２／ＣＯ通过自调手段，历次还原过程能严格控制氢碳比，稳定还原过程还原气氛。
尾气的Ｈ２／ＣＯ取决于还原过程催化剂反应程度，尾气的Ｈ２／ＣＯ在反应后恒温阶段能达到１０００～２０００的范围。
铂族金属催化剂用于有机合成反应的研究进展
铂族金属催化剂用于有机合成反应的研究进展金属催化合成是一种强有力的有机合成方法，已被广泛应用于有机合成的各个领域。
铂族金属催化剂是一类重要的金属催化剂，由于其优异的催化效果和广泛的适用范围，在有机合成反应中受到了广泛的关注和研究。
本文将介绍铂族金属催化剂用于有机合成反应的研究进展。
一、铂族金属催化剂的分类铂族金属催化剂包括铂、钯、铑、钌、铱等五种金属催化剂。
其中，钯催化剂是使用最广泛的一类，其次是铑、铂、钌和铱。
二、铂族金属催化剂的合成铂族金属催化剂的合成方法多种多样，一般分为以下几类：1. 先进的催化剂合成方法先进催化剂合成方法包括单分散自支撑的纳米催化剂以及均一化学物质合成的催化剂。
这种方法可以制备出高效、选择性高的催化剂。
2. 特殊合成法特殊合成法包括共沉淀法、微波合成法、热分解法、光化学合成法等。
三、铂族金属催化剂在有机合成反应中的应用铂族金属催化剂广泛应用于质子化反应、碳碳键的形成反应、还原和氧化反应、氢化反应、异构化反应、选定的有机合成反应等众多领域。
1. 质子化反应铂族金属催化剂可以在加氢作用下，促进烯烃的质子化反应，使其形成烷基化产物。
这种方法既可以用于众多化学反应如18-烷化反应、构建手性中心等的化学反应。
这种反应可以通过手性配体的引入来使反应产生相应的手性产物，具有巨大的应用潜力。
2. 碳碳键的形成反应铂族金属催化剂可以促进碳碳键形成反应，形成碳-碳键。
例如，钯催化剂、铂催化剂、铑催化剂、钌催化剂等都可以作为碳碳键形成反应的催化剂，可以用于寻找新的有机反应途径。
3. 还原和氧化反应钯催化剂和铂催化剂在还原和氧化反应中有重要的应用。
例如，钯催化还原已被广泛用于苯环和噻吩环上的卤素化合物的还原，铂催化氧化已被广泛用于醇和酚的氧化。
4. 氢化反应铂族金属催化剂还被广泛用于氢化反应，铱催化剂和钯催化剂在炔烃和叠氮化合物的氢化反应中使用最广泛。
5. 异构化反应钌催化剂则在苯环和噻吩环上的的氢化反应中适用最广，称为酰胺烯异构化反应。
小“催”札记（四十六）：铂族金属的催化反应（脱氢）
小“催”札记（四十六）：铂族金属的催化反应（脱氢）一、概要1、催化剂以铂族金属为催化剂的脱氢反应广泛用于有机合成，一般需在高温下进行，但在氧气、硝基苯等氢的接受体存在时，也可以在缓和条件下进行。
在此使用的催化剂以Pd为主，其性能受金属和载体的影响，也与制法有关。
具有加氢活性的催化剂也有脱氢的活性，为防止副反应发生，可以使用部分中毒的方法。
在碱性溶液中，还原氯化钯制备的Pd/炭粉催化剂可用于间歇式反应，同样方法制备的粒状或块状催化剂可用于连续反应。
Pt有时也用作脱氢的催化剂，例如在Pt/Al2O3上添加少许Na得到的稳定催化剂可用于氢萘脱氢。
Rh不用作脱氢，但可用于交换反应。
均相催化剂在脱氢反应中使用较少，但与Pd/C催化剂比较，选择性更好。
例如，在10%Pd/C催化剂存在时，9,10-二氢蒽脱氢会生成50%的1,2,3,4-四氢蒽，但若以RhCl3(Ph3As)3，RuCl2(Ph3P)3为催化剂时则得到定量收率的蒽。
2、实验概要在间歇式反应中，可以使用溶剂，也可不使用溶剂，不论哪一种情况，反应物都需和催化剂混合后进行回流。
生成的氢气量可用通入二氧化碳在碱性溶液中洗涤排气的方法来测定。
还有，必须馏出反应中生成的水，以防溅射。
多数脱氢反应在气相中进行，例如，在2%Pt/碳粒上，在340-385 o C，环己醇和环己酮混合物脱氢生成苯酚，不生成苯和环己烯等。
在320 o C，在Ru/C催化剂上环己醇脱氢生成环己酮。
二、芳构化1、碳环化合物复杂的芳烃，如吡拉辛（II）的合成可如下进行：4.55克I和200毫克10%Pd/C混合，在氮气流中，在300-320 o C维持90分钟，II的收率为67%。
5%的Rh/Al2O3催化剂与I和无水苯一起封在管中，在290 o C加热18小时，II的收率为81%。
0.3克III和0.2克10%Pd/C混合，放在20毫升异丙基苯甲烷中煮沸，定量地生成IV。
按上述方法，V脱氢得到高收率的1,1’-联异喹啉（VI），在此场合需通入氮气。
水相微波辅助的铂-铈双金属催化水合肼还原硝基芳烃
水相微波辅助的铂-铈双金属催化水合肼还原硝
基芳烃
水相微波辅助的铂-铈双金属催化水合肼还原硝基芳烃是一种有用
的技术，可以将硝基芳烃还原为脱硝基的芳烃。
它可以应用于人们日
常生活中，如食物、制药、农业等多个领域。
水相微波辅助的铂-铈双金属催化水合肼还原硝基芳烃的基本工艺
是在铂-铈双金属催化剂的存在下，将过氧化氢反应物和还原剂肼，加
入到目标物质中，并在微波炉条件下进行水合还原反应。
在此过程中，肼可以作为水合还原剂，铂和铈双金属催化剂可以促进反应的进行，
而微波辐射可以加速反应，使反应时间明显缩短。
此外，水相微波辅助的铂-铈双金属催化水合肼还原硝基芳烃还可
以在低温、低压条件下进行，具有较快的反应速度和较高的还原效率，并且能保证很高的产品纯度，因此优势十分明显。
同时，当反应中还
有其他有害物质时，此技术还可以在反应过程中，针对有害物质进行
有效的去除，从而有效地保护环境。
总之，水相微波辅助的铂-铈双金属催化水合肼还原硝基芳烃的技
术具有较快速度、较高还原效率、低温低压、保护环境等优势，可以
应用于多个领域，是一种非常有价值的技术。
费托合成联产高碳醇高分散负载型cu-fe双金属纳米催化剂的可控制备及反应机理
费托合成联产高碳醇高分散负载型cu-fe双金属纳米催化剂的
可控制备及反应机理
费托合成是一种重要的工业化学反应，用于将碳气化产物转化为高碳醇燃料。
然而，传统的费托合成催化剂存在一些问题，如活性低、选择性差和催化剂寿命短等。
为了改善传统催化剂的性能，研究人员开始开发高分散负载型双金属纳米催化剂。
这些催化剂以纳米尺度的金属颗粒为基础，通过合理的负载方法将其固定在载体上。
其中，Cu-Fe双金属
纳米催化剂受到广泛关注，因为Cu和Fe都是费托合成反应
中常用的催化剂。
可控制备高分散负载型Cu-Fe双金属纳米催化剂是实现其优异性能的关键。
首先，需要选择合适的负载材料，并通过适当的方法将Cu和Fe离子负载在载体上。
常用的载体材料包括氧
化物、炭材料和纳米碳管等。
其次，需要控制负载过程中的温度、时间和溶剂等参数，以确保金属颗粒的高度分散性。
最后，通过适当的还原处理，将离子还原为金属颗粒。
Cu-Fe双金属纳米催化剂的反应机理尚不完全清楚，但已有一
些研究取得了进展。
一种可能的机理是，Cu和Fe之间存在协
同效应，Cu提供了活性位点来吸附和激活气体分子，而Fe则
参与生成反应中间体和产物。
另外，还有研究表明，Cu和Fe
的相互作用可以调控费托合成反应的选择性，提高所需产物的选择性。
总的来说，可控制备高分散负载型Cu-Fe双金属纳米催化剂是
一种潜在的费托合成催化剂，它可以提高反应的活性和选择性。
然而，仍然需要进一步研究来深入理解其制备过程和反应机理，并进一步优化其性能。
Fe-Co／SiO2双金属催化剂上费托合成反应的研究
第６ 期
马向东等 ：ｅ ｏ Ｓ ２ Ｆ． ／ ｉ 双金属催化剂上 费托合成反应的研 究 Ｃ Ｏ
１ ５
Ｆ —ｏ ＳＯ 双金属催化 剂上费 托合 成反 应的研 究 ｅＣ ／ｉ２
马向东 ， 海 孙启文２应卫 勇Ｈ ， 曹发 ， ， 房鼎业
（． １ 华东理工大学化工学院， 上海 ２０３ ； ． ０２７２ 上海兖矿能源科技研发有限公 司， 上海 ２ １０ ） ０２ ３
实验 在连 续流 动 的等温 积 分反应 器 （ １ ２× ６ ０ ｍ） ５ｍ 中进行 ， 验流程见图 １ 。原 料气 经净化、 质量 流 量 计 计 量 后 进 入 反 应 器 。热 阱 温 度 为 １０ 冷阱 ０ ９ ℃， ℃。从冷阱中流出的尾气计量后进入
的 Ｇ ０ Ｃ气相色谱仪分析 ，Ｉ ￣ ０ ＦＤ检测 ； 油相和蜡相 天平称量后 ， Ｄ ｘｉ３０ 用 ｅｓ 色谱柱分离 Ｃ ～Ｃ５ ， ｌ０ ５ ３ 烃
等研究 了铁钴催化剂的分散度 、 制备方法、 还原温度
和 焙烧温度对催化剂活性的影响。本文采用浸渍
以二氧化硅 为载体制备 了 ９ ３ ｅ ．Ｃ ／ ￣２ ．Ｆ８ ８ ｏＳ 催 ｏ 气和煤层气制得。铁和钴是费托合成传统使用 的催 法 ， 考察 了温 度、 力 和空 速对催 化剂性 能 的影 压 化剂 。和钴基催化剂相 比， 铁基催化剂费托合成产 化剂 ， 物中烯烃多 ， 甲烷 的选择性低 ， 反应温度和压力 高 ； 钻基催化剂则相反 ， 产物中重质烃较多 ， 甲烷 的选择 性高， 反应温度和压力低［ 。当铁钴 同时作为催化 １ ］ 剂的活性组分时， 催化剂 的性能并不是以铁、 钻单独 作为催化剂活性组分性能的简单相加ｌ 。 ｉ－ 。Ｌ［ Ｊ ４ １
关键词 ：－ ＦＴ合成 ； 铁钴双 金属 催化剂 ； 烃 重质
铂族金属催化剂的合成与应用
铂族金属催化剂的合成与应用近年来，随着环境污染和能源危机的逐渐加剧，人们对于新能源和清洁能源的需求越来越迫切。
而铂族金属催化剂作为一种高效、可再生的催化剂材料，正逐渐成为解决这一问题的重要方案之一。
1. 铂族金属催化剂的合成铂族金属是指铂（Pt）、钯（Pd）、钌（Ru）、铑（Rh）、铱（Ir）和鲁斯特姆（Os）等六种金属元素。
这些金属元素的催化性能出色，对于氢气产生、电化学反应等方面有着重要应用。
在合成上，铂族金属催化剂主要有三种合成方法：传统的固相合成、溶液合成和拓扑合成。
其中传统的固相合成主要是通过高温、高压条件下的物理合成和化学合成来制备；溶液合成则是通过将金属溶解于溶剂中，并进行还原反应来合成；拓扑合成则是通过将金属导入到多孔材料中，从而形成高活性的金属催化剂。
而对于单金属催化剂的合成，通常采用化学气相沉积、溶胶凝胶法、电化学沉积等。
2. 铂族金属催化剂的应用铂族金属催化剂在能源领域、环境保护领域、医药领域等方面都有着广泛的应用。
能源领域是铂族金属催化剂最为重要的应用领域之一。
在燃料电池中，铂族催化剂能够提高氢气电极和氧气电极的反应效率，从而提高燃料电池的输出功率。
此外，铂族金属催化剂还能够用于电解水制氢、光催化和光电催化等方面。
在环境保护领域，铂族金属催化剂有着重要的应用前景。
例如，钯催化剂能够高效地催化有机废水中的有害物质降解，减少对环境的污染。
而铑催化剂则可以用于有机废气中有机物的催化氧化。
此外，在医药领域，铂族金属催化剂也有着广泛的应用。
例如，铂催化剂是一种重要的抗肿瘤药物，在癌症治疗中有着重要作用。
铑催化剂则有着抗病毒和抗菌的作用，可以用于药物的合成和研发。
3. 铂族金属催化剂的挑战与展望尽管铂族金属催化剂在各个领域都有着重要应用，但是其合成和应用还面临着一些挑战。
首先，铂族金属的成本较高，限制了其在大规模应用中的推广。
其次，铂族金属催化剂在长时间使用后往往会失去催化活性，需要进行修复或更换，增加了使用成本。
费托反应催化剂的制备-表征与评价
Fe—Co费托合成催化剂的制备，表征与评价摘要Fe—Co催化剂经常用共沉淀法来制备，可用来通过CO的氢化合成低碳烯烃。
但是催化剂的活性和产物的选择性会随着不同的制备条件和反应条件发生变化，比如Fe/Co组分比，制备催化剂时的pH值和温度，费托合成反应的操作温度计压力，以及助剂和助剂负载量等。
该文章主要研究了在固定床微反应器中Fe/Co组分比，制备催化剂时的pH值和温度，费托合成反应的操作温度计压力，以及助剂和助剂负载量等变量对催化剂活性和乙烯、丙烯选择性的影响，反应过程中催化剂相结构的变化。
最后发现Fe/Co组分比为3/1，SiO2 wt.%为载体时CO转化率和低碳烯烃选择性较好。
这些不同变量的催化剂的表征是用X射线衍射（XRD），热重分析（TGA），插式扫描量热法（DSC），扫描电子显微镜（SEM），N2等温吸附脱附如BET 和BJH 来完成的。
前言费托合成(Fischer-Tropsch synthesis，简称“F一T合成”或“费托合成”)是指以CO和H2为原料在催化剂作用下生产碳数分布较宽的烷烃和烯烃等产物的化学反应，并可副产醇、醛、酮、酸和酷等有机含氧化合物。
费托合成产物经进一步提质加工可得到优质液体燃料、高级蜡及其他化学品等化工产品。
在费托合成中最关键的是催化剂，催化剂不同产品的组成和选择性就不同。
通过某种催化剂合成高选择性的低碳烯烃是我们的合成目标之一。
Fe-Mn或Co-Mn催化剂是目前研究的比较多的催化剂，研究发现Fe-Mn催化剂对C2-C4高选择性是因为有Fe-Mn尖晶石氧化物的存在，但是在反应过程中由于碳化物的形成，催化剂的寿命比较短。
有研究发现Co在费托合成反应中制备低碳烯烃时的渗碳现象要小于Fe。
因为受尖晶石的保护，没有被碳包围的金属相是生成C2-C4中必须的活性组分。
后来发现，Fe和Co组合形成的合金催化剂对费托合成反应合成气的转化率和产物选择性有较好的影响。
这种合金催化剂的催化性能比单个的Co或Fe组成的催化剂的性能要好。
金属催化剂及其相关催化过程
金属催化剂及其相关催化过程金属催化剂是一类广泛应用于化学反应中的催化剂，通过调变反应物和产物之间的能垒，加速反应速率。
金属催化剂以金属元素或以金属为主要成分的化合物为催化剂的主体。
以下将介绍几个常见的金属催化剂及其相关催化过程。
1.贵金属催化剂贵金属催化剂是指铂、钯、铑、钌等贵金属及其合金催化剂。
这些催化剂活性高、选择性好、稳定性强。
铂催化剂在氢气氧化反应中具有重要的应用。
贵金属催化剂常用于有机合成中的氢化反应、加氢反应、氧化反应等催化过程。
2.过渡金属催化剂过渡金属催化剂主要指镍、铁、铜等过渡金属及其化合物。
这些过渡金属具有良好的催化活性和选择性，常用于有机合成中的氢化反应、偶联反应、氧化反应等催化过程。
例如，铁催化剂在氧气存在下可以促进苯的氢化反应，催化剂中的过渡金属镍可以催化合成氢化物。
3.锂催化剂过渡金属锂及其化合物作为锂催化剂，其催化活性高，常用于电化学反应中。
锂催化剂在锂氧电池中起到催化氧还原反应的作用，提高电池的能量密度和循环寿命。
此外，锂催化剂还可以应用于有机合成中的碳-碳键和碳-氮键偶联反应。
4.铁催化剂铁催化剂是近年来受到广泛关注的一类催化剂，其优势在于价格低廉、丰富资源、环境友好。
铁催化剂常用于有机合成中的氢化反应、还原反应、碳-碳键形成反应等。
其催化活性和选择性可以通过配体的选择和反应条件的调控来进行优化。
金属催化剂的催化过程主要包括吸附、表面反应和解吸三个步骤。
首先，反应物的吸附在催化剂表面，吸附过程可以通过电子转移或键的共享来实现。
吸附后，反应物在催化剂表面进行表面反应，活化反应物，产生过渡态中间体，从而形成产物。
最后，产物通过解吸或反应物再次吸附来离开催化剂表面。
综上所述，金属催化剂是一类重要的催化剂，在化学反应中起到促进反应速率和增强反应选择性的作用。
贵金属催化剂、过渡金属催化剂、锂催化剂和铁催化剂是常见的金属催化剂。
金属催化剂的催化过程包括吸附、表面反应和解吸三个步骤，其催化活性和选择性可以通过调控多种因素进行优化。
铂系双金属PtM,M：Fe,Co,Ni纳米催化材料的化学可控合成及性能表征
as
the
most promising solution.In particular,the addition of non-precious transition metals such as Fe,Co,Ni to the Pt lattices is expected to significantly improve their catalytic
carbon
monoxide poisoning especially for room temperature operations.Accordingly,
the development of highly efficient Pt—based alloy
nanocatalysts
has emerged
山东大学 硕士学位论文 铂系双金属(Pt/M,M:Fe,Co,Ni)纳米催化材料的化学可控 合成及性能表征 姓名:原霞 申请学位级别:硕士 专业:纳米材料化学 指导教师:丁轶 20090514
山东大学硕士学位论文
中文摘要
由于Pt及其合金优良的物理化学特性,使其在催化,磁存储,纳米器械,
及生物技术等领域得到了广泛的应用,成为近年来的研究热点.其中,铂及其合
本研究利用溶剂热合成法成功制备了粒径分布窄的单分散CoPt,FePt及NiPt
合金纳米粒子,通过透射电子显微镜(TEM),X.射线衍射(XRD),高分辨透射电
镜(瞰TEM),能量分散X.射线分析(EDS),电子衍射(SAED)和电化学
工作站等分别对粒子的形态,晶体结构和电催化性能进行了表征.论文的主要工 作包括以下方面: (1)本研究通过简单的化学方法一步制备了CoPt纳米花状合金,所合成的纳
particularly in the proton-exchange membrane fuel
双金属催化剂
双金属催化剂引言双金属催化剂是一种在催化反应中发挥重要作用的材料。
它由两种不同金属组成，在催化反应中具有较高的活性和选择性。
本文将探讨双金属催化剂的原理、制备方法以及应用领域。
原理双金属催化剂的活性和选择性取决于两种金属之间的相互作用。
常见的组合包括铂-铱、铑-镍、钯-铜等。
这些金属的相互作用可以改变催化活性位点的电子结构和表面吸附能力，从而调控反应的进程。
制备方法合金化合成一种常见的制备双金属催化剂的方法是通过合金化合成。
这种方法将两种金属的粉末混合，并在高温下进行热处理，使其形成均匀的合金结构。
合金化合成可以调控金属之间的相互作用，并增强催化剂的活性。
另一种制备双金属催化剂的方法是通过交换合成。
这种方法将金属的盐溶液与载体材料接触，通过离子交换反应将金属离子固定在载体表面。
然后，通过还原或沉积的方式将第二种金属引入，形成双金属催化剂。
交换合成方法简单易行，可以制备大面积均匀的双金属催化剂。
沉积合成沉积合成是一种常用的制备双金属催化剂的方法。
该方法通过将金属的前体物溶液滴在载体材料上，并通过热处理或还原反应将金属沉积在载体表面。
沉积合成可以控制金属的尺寸和分布，从而调控催化剂的性能。
应用领域双金属催化剂在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些典型的应用领域：在有机合成领域，双金属催化剂常用于催化选择性加氢和选择性氧化反应。
通过调控催化剂的活性和选择性，可以合成特定的有机分子或调控反应的产率。
燃料电池双金属催化剂在燃料电池中起到关键作用。
例如，在贵金属-非贵金属的双金属催化剂中，贵金属通常用于电子传导，而非贵金属则用于催化反应。
这种双金属催化剂能够提高燃料电池的效率和稳定性。
环境保护双金属催化剂在环境保护领域也有重要应用。
例如，一些双金属催化剂可以催化有害气体的还原或氧化，从而降低排放物的污染程度。
能源转化双金属催化剂在能源转化领域也有广泛的应用。
例如，铂-铑双金属催化剂可以用于氢能源的制备和利用过程中的催化反应。
费托合成催化剂的研究进展1
费托合成催化剂的研究进展由于我国能源结构，作为一个富煤、有气、少油的国家，我国自1993年以来，已成为原油及其产品进口国，对外依存度过高，加之中国经济及其汽车需求的增长，石油供需矛盾日益突出，已关系到我国能源战略安全，近两年来，石油价格走高，其价格波动很大，且大部分时间都维持在高位运行，预计今后石油的价格很难再会走低不久前的能源短缺，价格飞速上涨，多地出现油荒即是个很好的证明。
加之近年来环保呼声越来越高，费托合成以煤及天然气制取燃料，切无硫无氮低芳烃含量，油品质量符合环保要求，再次成为研究热门。
费托(Fischer-Tropsch，F-T)合成是煤和天然气转化制取液体燃料的重要途径，其研究目的是通过催化剂的选择、反应器和操作条件的优化，来获得高选择性的重质烃(C5+以上)产物[1-2]，其中通过精制和裂解产物蜡可获得优质柴油和航空煤油[3]等，这些产物不含硫化物和氮化物，是非常洁净的马达燃料。
我国只有合理利用煤炭、天然气资源才可以摆脱能源结构对于石油资源的依赖。
近年来，随着该技术在Sasol公司和Shell公司的大规模应用，越来越多的能源工业开始考虑应用该技术以缓解日益严峻的石油危机[4]。
1 国内外费托合成发展状况1.1 国外费托合成发展状况1923 年，德国的Fischer和Tropsch利用碱性铁屑作催化剂，在温度400℃~455℃，压力10~15MPa条件下，发现CO和H2可反应生成烃类化合物与含氧化合物的混合液体。
此后，人们把合成气在铁或钴催化剂作用下合成烃类或醇类燃料的方法后被称为F-T合成法[2]。
所谓F-T合成，就是CO在金属催化剂上发生非均相催化氢化反应，生成以直链烷烃和烯烃为主的混合物的过程。
1925年至1926 年他们又使用铁或钴催化剂，在常压和250℃~300℃下得到几乎不含有含氧化合物的烃类产品。
此时Fischer和Tropsch在常温下合成高分子烃，并认为Co、Ni可能是最有发展前途的催化剂。
金属催化剂在有机合成中的性能优化
金属催化剂在有机合成中的性能优化在有机合成领域，金属催化剂扮演着至关重要的角色。
金属催化剂由于其高效、高选择性和可重复使用等特点，成为有机合成化学家们的首选工具之一。
然而，随着合成方法的不断发展和对合成反应条件的要求越来越高，对金属催化剂的性能优化与改进也日益成为研究的焦点。
本文将探讨几种常见的金属催化剂，并介绍它们在有机合成中的性能优化方法。
一、铂族金属催化剂铂族金属催化剂是最常用的催化剂之一，如铂、钯、铑等。
它们广泛应用于羰基化合物的羟醇化、烯烃的氢化、烷烃的烷基化等反应中。
为了优化其性能，可以采用以下方法：1. 改进配体设计在金属催化剂中，配体的选择对催化剂的活性和选择性起着至关重要的作用。
通过调整配体的电子性质、立体结构以及取代基的选择等，可以有效地调控催化反应的速率和产率。
2. 表面活性剂的引入引入表面活性剂可以增加金属催化剂的分散度和表面积，进而提高催化反应的效率。
例如，氧化铈纳米材料作为载体，可以有效地提高铂催化剂的氧化还原性能，从而促进反应的进行。
二、过渡金属催化剂过渡金属催化剂具有良好的催化活性和选择性，在有机合成中得到广泛应用。
钴、镍、铁等过渡金属催化剂通常用于还原、烷基化和氢化等反应。
在提高其性能方面，可以采用以下方法：1. 载体的优化通过选择不同的载体材料和调控其形貌、尺寸等，可以提高催化剂的分散度和活性，进而提高反应的效率。
2. 催化剂的合成方法改进合成过渡金属催化剂时，改变催化剂的合成条件和方法，例如溶剂的选择、温度的控制等，可以调控催化剂的活性和选择性。
三、纳米金属催化剂纳米金属催化剂具有高比表面积和丰富的表面活性位点，因而表现出优异的催化性能。
为了进一步优化性能，可以采用以下方法：1. 表面修饰通过对纳米金属催化剂的表面进行修饰，如添加修饰剂或进行修饰基团的改变，可以调控其表面性质和催化性能。
2. 结构调控纳米金属催化剂的形貌和尺寸对其催化性能有显著影响。
通过调控合成方法，如溶剂热法、湿法合成等，可以控制纳米金属催化剂的形貌和尺寸，从而优化其催化性能。
铂族金属催化剂在化学反应中的应用研究
铂族金属催化剂在化学反应中的应用研究随着化学工业的发展，催化剂在化学反应中的应用越来越广泛。
铂族金属催化剂作为重要的催化剂之一，在有机合成、环境保护、能源开发等领域有着广泛的应用。
本文将从铂族金属催化剂的定义、制备方法、催化反应机理以及应用研究方向四个方面进行综述。
一、铂族金属催化剂的定义铂族金属由于具有较好的催化性能，其化合物在催化领域中得到了广泛的应用。
铂族金属包括铂（Pt）、钯（Pd）、钌（Re）、铑（Rh）、钌（Ru）、镧（La）等元素，它们拥有相似的电子结构和化学性质，因此在化学反应中都有广泛的应用。
其中，以铂、钯、钌、铑和钌为代表的五种金属常被称为铂族元素。
铂族金属催化剂是以这五种元素为主的化合物，它们在催化反应中起到催化作用。
二、铂族金属催化剂的制备方法1、溶液法制备溶液法制备铂族金属催化剂的方法比较简单，通常是将金属化合物将其溶解在溶液中，然后通过还原或沉淀等方法制备催化剂。
铂族金属催化剂的制备需要注意控制合成条件，如温度、pH值、还原剂浓度，以保证其晶体形状和催化性能。
2、固相法制备固相法制备铂族金属催化剂的方法比较复杂。
通常是将金属化合物嵌入到载体中，然后通过高温还原或热解等方法制备催化剂。
常用的载体有氧化铝、硅胶、锆钛酸钠等，其作用是提高催化剂的稳定性和活性。
三、铂族金属催化剂的催化反应机理不同的催化反应机理不同。
铂族金属催化剂通常是通过与反应物发生化学反应来催化反应。
催化过程中，铂族金属能够吸附反应物的分子，使其发生化学吸附，形成吸附态。
吸附态的反应物分子之间距离足够近，可以形成新的化学键，从而在催化剂作用下形成产物。
以铂族金属钯为例，其催化反应机理大多数是通过络合物催化实现的。
催化剂通过吸附反应物分子，将活性位点暴露在反应物的周围，并加速反应物之间的相互作用。
在发生催化反应时，钯催化剂往往会形成稳定的络合物，从而帮助反应物结合，形成中间体。
四、铂族金属催化剂的应用研究方向铂族金属催化剂在有机合成、环境保护、能源开发等领域有着广泛的应用。
PtFe双金属催化剂的设计、合成及表征
[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.-Chim.Sin.2013,29(11),2475-2480November Received:July 29,2013;Revised:October 8,2013;Published on Web:October 10,2013.∗Corresponding author.Email:ccj33@;Tel:+86-25-85870275.The project was supported by the National Key Technology R&D Program of the Ministry of Science and Technology,China (2011BAD03B02).国家科技部支撑计划(2011BAD03B02)资助©Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinicadoi:10.3866/PKU.WHXB201310101Pt/Fe 双金属Fischer-Tropsch 催化剂的设计、合成及表征曹崇江1,2,*刘晓庚1鞠兴荣1陈晓荣3(1南京财经大学应用化学系,南京210046;2伊利诺伊州大学化学工程系,美国芝加哥60607;3南京工业大学化学与化工学院,南京210009)摘要:利用强静电吸附(SEA)理论,根据Fe 2O 3与SiO 2表面不同的零电荷点(PZC),将铂盐溶液pH 值调控后浸渍在Fe 2O 3/SiO 2的载体上,制备出Pt/Fe 双金属Fischer-Tropsch (F-T)催化剂,通过N 2吸脱附技术、X 射线衍射(XRD)、扫描投射电镜(STEM)和X 射线能量散射谱(EDS)对催化剂的结构、形貌及组成进行表征.结果表明浸渍过程中PtCl 62-离子定向选择性地吸附在Fe 2O 3表面,而非SiO 2表面.与传统浸渍(IW)法制备的催化剂比较,Pt与Fe 紧密结合在一起,还原后形成高度分散均一的纳米颗粒,粒径尺寸在2nm 左右.以F-T 合成反应作为模型反应对催化活性进行表征,强静电吸附法合成的催化剂表现出优异的催化性能,反应进行150h 后CO 转化率仍保持在51%以上.关键词:强静电吸附;催化剂;费托合成;氧化铁;氧化硅中图分类号:O641Design,Synthesis and Characterization of Pt/FeBimetallic Fischer-Tropsch CatalystCAO Chong-Jiang 1,2,*LIU Xiao-Geng 1JU Xing-Rong 1CHEN Xiao-Rong(1Department of Applied Chemistry,Nanjing University of Finance and Economics,Nanjing 210046,P .R.China ;2Department of Chemical Engineering,University of Illinois,Chicago,IL 60607,USA ;3College of Chemistry and Chemical Engineering,Nanjing University of Technology,Nanjing 210009,P .R.China )Abstract:An efficient method for preparing highly dispersed bimetallic catalysts is described based on the different Point Zero Charges of Fe 2O 3and SiO 2.The strong electrostatic adsorption (SEA)technique was applied to the preparation of Pt-promoted Fe/SiO 2by driving the Pt precursor onto the Fe 2O 3phase instead of the silica support.Characterization of the samples was carried out using N 2adsorption-desorption,X-ray diffraction (XRD),scanning transmission electron microscopy (STEM),and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS).The results showed that the SEA method can control the uptake of Pt onto the transition metal oxide instead of silica,forming tight coupling between the Pt and transition metal after pared with the incipient wetness (IW)method,the SEA technique produced more intimately designed bimetallic particles with small,uniform distribution after reduction.The particle size is about 2nm.From Fischer-Tropsch (F-T)reaction,the catalyst using SEA shows higher F-T activity and stability.The conversion is more than 51%after 150h on the stream.Key Words:Strong electrostatic adsorption;Catalyst;Fischer-Tropsch synthesis;Iron oxide;Silica2475Acta Phys.-Chim.Sin.2013V ol.291引言费托(F-T)合成反应作为间接生产液体燃料的关键合成技术,在油价持续波动上升的情况下,又重新引起研究者的关注.1-4铁基催化剂因价格低廉且具有水煤气变换活性高,能使用低H2/CO摩尔比煤基合成气的特点,而成为开发的重点.5SiO2等氧化物常作为催化剂载体来增加表面积、提高催化剂强度及抑制Fe活性相烧结.6为提高铁基催化剂的活性与稳定性,在催化剂制备过程中,Fe在氧化硅载体表面的分布至关重要.研究显示,当Fe基催化剂的载体表面颗粒粒径细小、均一且分布均匀时可以获得良好的催化活性.另外,在催化剂中掺杂贵金属助剂Pt的研究颇为广泛.尤其针对钴基F-T催化剂,大量研究结果表明,Pt可以增强金属颗粒在氧化硅载体表面的分散性,在Pt表面增加H溢流,减少催化过程的积炭从而提高催化剂的稳定性及活性.7,8在Fe基体系中,有研究表明Pt的引入有利于Fe2O3的还原及增加催化剂比表面积.9但目前传统的制备方法,双金属Pt、Fe在载体上只能随机分布,且粒径分布较广,如何使负载的贵金属Pt能够与Fe紧密结合,提高Pt的效率,合成高度分散,粒径均一的双金属F-T催化剂,是目前催化剂研究过程的主要难题之一.Regalbuto等10,11利用强静电吸附法分别在碳、硅载体上合成具有高分散的,粒径均一的单金属颗粒.本文利用强静电吸附理论,将Pt选择性地吸附在Fe2O3表面而非载体SiO2表面,合成Pt-Fe紧密结合的双金属F-T催化剂,并对催化剂进行了表征,研究了金属颗粒的形貌、化学组成及分布情况,并初步探讨了催化剂在F-T合成中的反应性能.2实验部分2.1Fe2O3/SiO2前驱体的合成将Fe(NO3)3∙9H2O(上海化学试剂有限公司, AR)放入马弗炉中在275°C的温度下焙烧5h得到Fe2O3,利用N2吸附-脱附实验测定其比表面积为50 m2∙g-1.用初湿法10测得Fe2O3的零电荷点(PZC)在7左右.Fe2O3/SiO2的合成.取一定量的Fe(NO3)3∙9H2O及相等摩尔量的柠檬酸溶于2.2mL蒸馏水中,将该溶液不断地滴入1g SiO2(Aerosil®300S BET=300m2∙g-1)中,并不断振动,使其润湿均匀.滴加完毕后将样品在室温下干燥48h,然后移入马弗炉中于275°C 下焙烧5h得到Fe2O3/SiO2(Fe含量为10%(w)).通过N2吸附-脱附测定得到其比表面积为285m2∙g-1.2.2强静电吸附实验通过初步平衡吸附实验了解氯铂酸(CPA)(Al-drich,AR)溶液中PtCl62-离子在Fe2O3和Fe2O3/SiO2上的吸附情况,具体操作如下:将含有2×10-4g∙L-1Pt 的CPA溶液在氨水和盐酸的调节下配成从酸性到碱性不同pH值的溶液,再将一定量的Fe2O3分别浸渍在不同pH值的CPA溶液中(表面吸附量(SL)= 500m2∙L-1,表面吸附量指的是单位体积浸渍溶液所浸渍的载体表面积),在振荡器中振荡1h,经过滤,测定滤液的pH值,并收集5mL滤液,利用电感耦合等离子体(ICP)技术测定其Pt离子浓度,根据溶液前后Pt离子浓度差计算出Pt离子的吸附量,进而计算出Fe2O3单位表面积下能够吸附的Pt离子摩尔量.采用同样的方法在Fe2O3/SiO2上进行PtCl62-离子的吸附实验.为了验证静电吸附理论的选择性吸附效果,将0.083g SiO2和0.453g Fe2O3的粉末均匀混合,倒入50mL pH值为3.04的200mg∙L-1的CPA中(SiO2和Fe2O3在溶液中的SL均为500m2∙L-1),混合液在振荡器中振荡1h,经过滤、干燥,并测定滤液pH值,将干燥的固体物在150°C的H2气氛下还原1h使Pt离子被还原成金属Pt.得到的样品标记为Pt/(Fe2O3+ SiO2).2.3催化剂的合成双金属催化剂的合成分两步:首先采用上述的初湿浸渍法制备Fe2O3/SiO2前驱体备用,利用初湿法12测得SiO2的PZC约为3.6,已知Fe2O3的PZC约为7,配制500mL200mg∙L-1的CPA,为了达到最高Pt离子吸附量,用氨水调节溶液pH值到2.3,与上述制备的0.9g Fe2O3/SiO2前驱体混合并在振荡器中振荡1h,根据强静电吸附理论,PtCl62-离子将会选择性地吸附在高PZC的Fe2O3表面,而非SiO2表面.振荡结束后过滤,测得滤出液pH值为2.5.并利用ICP测定滤出液的Pt离子含量,结合初始氯铂酸溶液Pt离子含量,计算出吸附前驱体上的Pt含量为4.5%(w).将固体物在室温下过夜干燥,然后在氢气气氛下于不同温度还原制得双金属CAT_SEA催化剂.为了平行比较,将相应当量的氯铂酸溶于蒸馏水中,采用初湿浸渍法直接滴到一定量的Fe2O3/SiO2前驱体中,使得Pt含量与SEA法合成的一致为4.5%(w).经室温干燥,再用氢气还原得到双金属催化剂,标记为CAT_IW.2476曹崇江等:Pt/Fe双金属Fischer-Tropsch催化剂的设计、合成及表征No.112.4性能表征X射线衍射分析在Siemens D5000diffractome-ter型X射线衍射分析仪中进行,分析时采用Cu Kα靶(λ=0.1541nm),工作电压30kV,管电流40mA.扫描范围20°-70°,步长0.02°.样品比表面积在Mi-cromeritics ASAP2020自动吸附仪上完成,测定N2吸脱附等温线,测试前样品经110°C真空干燥5h,并用Brunauer-Emmett-Teller(BET)方程计算样品的比表面积.样品形貌与结构分析采用配有X射线能量散射谱(EDS,Cambridge)的JEOL2010F型高分辨透射电子显微镜,工作电压200kV.2.5催化剂F-T合成反应性能催化剂评价反应在固定床反应器(12mm)上进行,催化剂粒度40-60目,装载量2g,催化剂经p(H2)/p(CO)=1、常压280°C还原12h后进行评价,反应条件为V(H2):V(CO)=2:1,气体空速(GHSV)= 1000h-1,p=2.0MPa,T=250°C.液体产物和固体产物分别采用冷热阱系统收集.气相采用Agilent 7890A型气相色谱仪分析,其中CO、H2、CH4采用5A 分子筛型色谱柱,热导检测器(TCD)检测;气态烃(C1-C6)使用弹性石英毛细管色谱柱,氢火焰离子化检测器(FID)检测;CO2采用Hayesep N型色谱柱, TCD检测.原料气及尾气含量采用外标法计算.液相和固相产物利用6890N型气相色谱进行离线分析,水相产物和油相产物分别采用DB-WAX弹性石英毛细管柱和HB-5毛细管柱分离,FID检测.固相产物采用不锈钢毛细管柱分离,FID检测.3结果与讨论3.1强静电吸附实验结果用不同pH值的CPA溶液分别浸渍SiO2、Fe2O3和Fe2O3/SiO2,考察PtCl62-离子在氧化物表面上的吸附情况,结果如图1所示,Pt离子的吸附量随着吸附后滤液pH值的增加,呈现出先增大后减小的趋势,当pH值在3左右达到极值.根据强静电吸附理论,高PZC的Fe2O3表面羟基在低pH值溶液中失去电子被阳极化,因而容易吸附阴离子PtCl62-,而在这种pH值条件下,低PZC的SiO2表面很难吸附阴离子.因此,PtCl62-在Fe2O3/SiO2上的吸附量来源于Fe2O3表面的贡献.这一推论将在样品的STEM和EDS结果中得以证实.选择性吸附实验将调控pH值后的氯铂酸溶液浸渍SiO2粉末和Fe2O3粉末的混合物,再经过滤、干燥、还原得到样品Pt/(Fe2O3+SiO2).图2为该样品的STEM照片(Annular bright field image)和EDS结果,经EDS检测浅色无定形区域为SiO2粉末,而深色区域为Fe2O3.由结果可以看出,样品还原后的金属Pt 颗粒均一、细小且均匀地分散在Fe2O3表面,而SiO2表面极少有金属Pt吸附.根据强静电吸附理论,10,12当溶液的pH值低于氧化物的PZC时,氧化物表面图1不同氧化物样品的初步平衡吸附曲线Fig.1Initial equilibrium adsorption curves overdifferent oxide samplesCPA:~2×10-4g∙L-1,SL:500m2∙L-1;CPA:chloroplatinic acid;SL:adsorptioncapacity图2Pt/(Fe2O3+SiO2)还原样品在150°C的STEM照片和EDS元素分析结果Fig.2STEM images and EDS element analysisresults of Pt/(Fe2O3+SiO2)reduced at150°C2477Acta Phys.-Chim.Sin.2013V ol.29的羟基易失电子被阳极化,从而易于吸附溶液中阴离子,反之氧化物表面羟基将阴极化从而吸附溶液中阳离子.因此,利用强静电吸附法,当CPA溶液pH 值为3.04时,PtCl62-将选择性地吸附在PZC为7的Fe2O3表面而非PZC为3.6的SiO2表面.这一结果表明利用强静电吸附法可以将金属离子定向选择性地吸附在某一种氧化物的表面.3.2催化剂的STEM和EDS表征图3是催化剂的STEM照片和EDS结果.从图中可以看出,IW方法制备出的双金属催化剂,样品的颗粒大小并不均一,且在SiO2表面的分布也不均匀.而用SEA方法制备的样品金属颗粒均匀地分布在SiO2表面,且粒径比较均一,颗粒大小约为1.4 nm.早期报道13利用溶胶-凝胶法制备的催化剂Fe 物种颗粒分布较宽,在5-20nm之间.而V alange等14利用硝酸铁溶液浸渍SiO2合成的Fe基催化剂,在氨基酸保护下抑制颗粒的烧结长大,粒径可以控制在2-4nm.而利用SEA法合成的催化剂,金属颗粒的分布更加均一,粒径更加细小.利用EDS技术,在各样品上任意选取7个点进行元素分析(实际检测200个点),结果可以看出,采用SEA方法制备的双金属催化剂,检测的金属颗粒上同时存在Pt和Fe元素的信号,表明在SEA法的制备过程中,Pt离子选择性的吸附在氧化铁表面上,从而形成Pt和Fe紧密结合的金属颗粒,而利用IW方法制备的样品,Pt元素在Fe物种表面和SiO2表面都被检测到,表明在制备过程中Pt随机吸附在SiO2表面或氧化铁表面.另一方面也说明SEA法制备过程中的PtCl62-以强静电吸附作用选择性的吸附在PZC为7的氧化铁表面,在后续的热处理和还原过程中,由于强静电吸附力使Pt 不团聚而仍能以较小的颗粒高分散地分布在载体表面.而常规IW方法不能使Pt离子选择性的吸附,图3催化剂的STEM照片和EDS元素分析Fig.3STEM images and element analysis of EDS of catalysts(a,a′)CAT_SEA reduced at100°C,(b,b′)CAT_IW reduced at100°C;CAT:catalyst2478曹崇江等:Pt/Fe 双金属Fischer-Tropsch 催化剂的设计、合成及表征No.11且经热处理和还原后,在载体表面形成大小不一的金属颗粒.3.3催化剂的XRD 表征图4是各样品的XRD 谱图,经275°C 焙烧的Fe(NO 3)3分解形成Fe 2O 3,由谱图可以看到明显的α-Fe 2O 3特征峰.而由初湿浸渍法制备得到的Fe 2O 3/SiO 2经275°C 焙烧后,无明显的衍射峰出现,仅仅在35.5°出现一个弥撒的微小峰,表明分解形成的Fe 2O 3颗粒没有烧结团聚,粒径较小.而采用不同方法合成的掺杂贵金属Pt 的催化剂经过100°C 还原后,都没有出现任何特征峰,说明Pt 粒径小于3nm,因此,XRD 谱图上没有任何衍射峰.这与STEM 图的结果一致.而当还原温度提高到400°C,样品将经历Fe 2O →Fe 3O 4→FeO →Fe 的还原过程,15-17其中部分Fe 物种还原成单质Fe,18在44.5°出现了单质Fe 的特征峰,由XRD 谱图注意到,由SEA 法合成的样品经400°C 还原后的特征峰宽于采用IW 法合成的样品.说明SEA 法合成样品在该条件下的金属颗粒粒径要小于IW 法合成的样品,进一步表明SEA 法合成的样品由于强静电吸附作用使得金属之间具有强相互作用,从而抑制了后续热处理和还原过程金属颗粒的烧结长大,有效控制晶粒大小.3.4催化剂的活性与稳定性研究将催化剂放入固定床反应器中进行F-T 合成反应的活性评价,图5为各催化剂在150h 运转过程中的F-T 合成反应活性和稳定性,催化活性由原料气(CO)的转化率表示.由图5可以看出,三种催化剂初始活性都有一个上升阶段,这可能是由于费托合成反应的活性相是碳化逐渐形成的过程.19,20无贵金属Pt 的催化剂Fe 2O 3/SiO 2经还原活化后的初始活性为47.1%,但随着反应的进行催化剂的F-T 的活性呈下降趋势,到150h 时,CO 转化率为37.0%.而采用IW 法掺杂贵金属Pt 合成的Fe 基催化剂相对于Fe 2O 3/SiO 2催化剂的催化活性与稳定性有了显著的提高,这一结果与文献9一致,Pt 的引入有利于Fe 在SiO 2表面的分散,同时有助于还原作用,能够促进Fe 在还原气氛下的还原或炭化.21,22此外,Pt 表面产生的H 2溢流能够提高催化剂表面氢气的吸附解离能力,23,24从而增加活性表面H 物种数量,提高了与C 物种反应几率及烯烃的二次加氢能力,减少积炭失活.而由SEA 法制备的CAT_SEA 双金属催化剂具有最佳的催化性能,由图5可以看出其初始转化率达到55.9%,稳定性也有一定的提高,150h 后的转化率仍达到51%以上.表明利用SEA 法合成的催化剂,金属颗粒在SiO 2表面均匀地分散,从EDS 结果看出,SEA 法使得金属Pt 选择性吸附在与Fe 物种表面,充分利用了贵金属Pt 的促进作用.提高了双金属的效率,从而有着更加优异的催化性能.表1所示为各催化剂在运行到150h 时的反应活性和烃产物的选择性.由结果可以看出,甲烷的选择性大小依次为CAT_SEA ＞CAT_IW ＞Fe 2O 3/SiO 2.这可能是由于一方面Pt 金属的存在有助于H 2溢流,有更多的H 在催化剂上从而甲烷选择性较高,另一方面,SEA 法相比于IW 法合成催化剂,表面的晶粒更加均一和细小,从而具有更多的活性中心使其易于与氢结合,因此具有更高的甲烷选择性也更倾向生成短链烃类.还可以从表1看出,SEA 法与IW 法合成的催化剂相比,SEA 制备的催化剂烯图4铁基样品的XRD 图Fig.4XRD patterns of Fe based samples(1)Fe(NO 3)3calcined at 275°C,(2)Fe 2O 3/SiO 2alcined at 275°C,(3)CAT_SEA reduced at 100°C,(4)CAT _IW reduced at 100°C,(5)CAT_SEA reduced at 400°C,(6)CAT _IW reduced at 400°C图5催化剂F-T 合成反应的活性与稳定性Fig.5Activtiy and stability of the catalystsfor F-T synthesis reaction(1)Fe 2O 3/SiO 2,(2)CAT_IW,(3)CAT _SEA.reaction conditions:V (H 2)/V (CO)=2,gas hourly space velocity (GHSV)=1000h -1,p =2.0MPa,T =250°C2479Acta Phys.-Chim.Sin.2013V ol.29烷比较低,轻质烷烃的比重也高于IW法合成的催化剂,这是由于SEA法合成的催化剂分布非常均一,晶粒细小,且Pt与Fe物相的活性中心紧密结合,使得活性中心具有较强的吸氢能力,反应过程中具有较高的烯烃二次加氢能力,因而造成高活性,高的低链烃类与饱和烃类选择性.4结论利用强静电吸附法合成的双金属催化剂,不同于常规法贵金属Pt在催化剂表面随机分散,该制备过程中Pt离子可以选择性地吸附在Fe2O3表面而不在SiO2表面,Pt与Fe的紧密结合提高了贵金属Pt的有效利用率.利用各表征方法分析表明,与常规初湿浸渍法相比,由于该方法的强静电吸附作用,有效抑制了后续热处理和还原处理的晶粒长大和聚集,从而形成的金属颗粒在SiO2表面保持较好的分散性,粒径均一(~2nm).F-T合成反应的结果表明, SEA法合成的催化剂有着较高的催化活性与稳定性.强静电吸附法作为一种有效的合成载体型金属催化剂的方法,有望应用于其他领域双金属或三金属工业反应催化剂的合成中.致谢:本文作者前期研究工作得到了美国Chevron公司与美国伊利诺伊州大学芝加哥分校(UIC)合作项目的支持表示感谢,同时感谢澳大利亚莫纳什大学姚建峰博士对本文研究工作的帮助.References(1)Liu,L.T.;Sun,G.;Wang,C.;Yang,J.H.;Xiao,C.X.;Wang,H.;Ma,D.;Kou,Y.Catal.Today2012,183,136.doi:10.1016/j.cattod.2011.09.040(2)Kang,J.C.;Cheng,K.;Zhang,L.;Zhang,Q.;Ding,J.S.;Hua,W.Q.;Lou,Y.C.;Zhai,Q.G.;Wang,Y.Angew.Chem.2011,123,5306.doi:10.1002/ange.v123.22(3)Zhou,W.;Fang,K.G.;Chen,J.G.;Sun,Y.H.Chem.J.Chin.Univ.2006,27,1080.[周玮,房克功,陈建刚,孙予罕.高等学校化学学报,2006,27,1080.](4)Wan,H.J.;Wu,B.S.;An,X.;Tao,Z.C.Acta Phys.-Chim.Sin.2007,23,1151.[万海军,吴宝山,安霞,陶智超.物理化学学报,2007,23,1151.]doi:10.1016/S1872-1508(07)60059-X (5)Yang,Y.;Xiang,H.W.;Xu,Y.Y.;Bai,L.;Li,Y.W.Appl.Catal.A2004,266,181.doi:10.1016/j.apcata.2004.02.018(6)Bukur,D.;B.;Sivaraj,C.Appl.Catal.A2002,231,201.doi:10.1016/S0926-860X(02)00053-4(7)Zhang,H.;Chu,W.Progress in Chemistry2009,21,622.[张辉,储伟.化学进展,2009,21,622.](8)Schanke,D.;Vada,S.;Blekkan,E.A.;Hilmen,A.M.;Hoff,A.;Holmen,A.J.Catal.1995,156,85.doi:10.1006/jcat.1995.1234 (9)Yu,W.Q.;Wu,B.S.;Jian,X.;Tao,Z.C.;Xiang,H.W.;Li,Y.W.Catal.Lett.2008,125,116.doi:10.1007/s10562-008-9524-3 (10)Regalbuto,J.R.;Navada,A.;Shadid,S.;Bricker,M.L.;Chen,Q.J.Catal.1999,184,335.doi:10.1006/jcat.1999.2471 (11)D′Souza,L.;Jiao,L.;Regalbuto,J.R.;Miller,J.T.;Kropf,A.J.J.Catal.2007,248,165.doi:10.1016/j.jcat.2007.03.010 (12)Park,J.;Regalbuto,J.R.J.Colloid Interface Sci.1995,175,239.doi:10.1006/jcis.1995.1452(13)Nath,M.;Satishkumar,B.C.;Govindaraj,A.;Vinod,C.P.;Rao,C.N.R.Chem.Phys.Lett.2000,322,333.doi:10.1016/S0009-2614(00)00437-1(14)Xiang,L.;Royer,S.;Zhang,H.;Tatibouet,J.M.;Barrault,J.;Valange,S.J.Hazardous Mater.2009,172,1175.doi:10.1016/j.jhazmat.2009.07.121(15)Zhang,C.H.;Yang,Y.;Teng,B.T.;Li,T.Z.;Zheng,H.Y.;Xiang,H.W.;Li,Y.W.J.Catal.2006,237,405.doi:10.1016/j.jcat.2005.11.004(16)Jian,X.;Calvin,H.B.;Jeremy,S.;Dennis,L.E.Top.Catal.2003,26,55.doi:10.1023/B:TOCA.0000012987.76556.63 (17)Yang,C.;Zhao,H.;Hou,Y.L.;Ma,D.J.Am.Chem.Soc.2012,134,15814.doi:10.1021/ja305048p(18)Bukur,D.B.;Sivaraj,C.Appl.Catal.A:Gen.2002,231,201.doi:10.1016/S0926-860X(02)00053-4(19)Ding,M.Y.;Yang,Y.;Xu,J.;Tao,Z.C.;Wang,H.L.;Wang,H.;Xiang,H.W.;Li,Y.W.Appl.Catal.A2008,345,176.doi:10.1016/j.apcata.2008.04.036(20)Ding,M.Y.;Yang,Y.;Xiang,H.W.;Li,Y.W.Chin.J.Catal.2010,31,1145.[定明月,杨勇,相宏伟,李永旺.催化学报,2010,31,1145.](21)Jin,Y.;Datye,A.K.J.Catal.2000,196,8.doi:10.1006/jcat.2000.3024(22)Boudart,M.;Delbouille,A.;Dumesic,J.A.;Khammouma,S.;Topsoe,H.J.Catal.1975,37,486.doi:10.1016/0021-9517(75)90184-0(23)Guczi,L.;Kiricsi,I.Appl.Catal.A1999,186,375.doi:10.1016/S0926-860X(99)00156-8(24)Guczi,L.;Beck,A.;Horvath,A.;Horvath,D.Top.Catal.2002,19,157.doi:10.1023/A:1015216205320CatalystFe2O3/SiO2 Cat_IW Cat_SEACOconversion/%37.047.251.8n(C2＝C4)n(C2―C4)1.00.90.7Hydrocarbon selectivity/%CH48.18.58.8C2―C434.437.339.7C5+57.554.251.5表1F-T合成反应催化活性与选择性Table1Activity and selectivity of the catalysts in F-Tsynthesis reactionreaction conditions:V(H2)/V(CO)=2,GHSV=1000h-1,p=2.0MPa,T=250°C2480。
铂催化剂的原理和应用
铂催化剂的原理和应用1. 原理铂催化剂是一种常用的催化剂，其原理主要基于铂的化学性质和催化活性。
•化学性质：–铂是一种过渡金属，具有较高的电催化活性和化学稳定性。
–铂具有较大的电子亲和力和较低的电离能，使其具有良好的催化活性。
•催化活性：–铂催化剂可通过吸附和解离气体分子，使其发生化学反应。
–铂催化剂可提供活化能，降低反应的能量障碍，加速反应速率。
–铂的表面具有活性位点，可以与反应物发生化学反应。
2. 应用铂催化剂在众多领域中具有广泛的应用，如下所示：2.1 化学反应催化•铂催化剂在有机合成中广泛应用，如氧化、加氢等反应。
•铂催化剂在燃料电池中起催化剂的作用，加速氧化还原反应，提高电池效率。
•铂催化剂在催化剂合成中起催化剂的作用，例如制备其他催化剂的前驱物。
2.2 环境保护•铂催化剂在汽车尾气处理中起催化剂的作用，催化氧化废气中的有害物质，如一氧化碳、氮氧化物等。
•铂催化剂在废水处理中起催化剂的作用，催化有机污染物降解，净化废水。
2.3 材料制备•铂催化剂在材料合成中起催化剂的作用，用于金属的沉积、膜的制备等。
•铂催化剂在能源材料中的应用，例如燃料电池、太阳能电池等。
3. 优势和发展趋势铂催化剂具有以下优势和发展趋势：•优势：–铂催化剂具有较高的催化活性和选择性，可在较低温度下进行反应。
–铂催化剂具有良好的化学稳定性和耐热性，适用于各种催化反应条件。
–铂催化剂可以循环使用，具有较长的使用寿命。
•发展趋势：–研发新型铂催化剂，提高催化活性和选择性，降低成本。
–探索铂催化剂在新能源领域的应用，如氢能、储能等。
–研究铂催化剂的表面结构和形貌对催化性能的影响，优化催化剂设计。
4. 总结铂催化剂是一种重要的催化剂，其原理基于铂的化学性质和催化活性。
铂催化剂在化学反应催化、环境保护和材料制备等领域都具有广泛的应用。
铂催化剂具有较高的催化活性和选择性，可在较低温度下进行反应，并具有良好的耐热性和化学稳定性。
未来，铂催化剂的发展趋势是研发新型催化剂，探索新能源领域的应用，以及优化催化剂设计，提高催化效率和降低成本。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
铂铁双金属催化剂用于费托合成反应
2016-07-26 14:05来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部
铂催化剂还原样品的TEM和EDS元素分析费托(F-T)合成反应作为间接生产液体燃料的关键合成技术, 在油价持续波动上升的情况下, 又重新引起研究者的关注. 铁基催化剂因价格低廉且具有水煤气变换活性高, 能使用低H2/CO 摩尔比煤基合成气的特点, 而成为开发的重点. SiO2等氧化物常作为催化剂载体来增加表面积、提高催化剂强度及抑制Fe活性相烧结. 为提高铁基催化剂的活性与稳定性, 在催化剂制备过程中, Fe在氧化硅载体表面的分布至关重要. 研究显示, 当Fe基催化剂的载体表面颗粒粒径细小、均一且分布均匀时可以获得良好的催化活性. 另外, 在催化剂中掺杂贵金属助剂Pt的研究颇为广泛. 尤其针对钴基F-T催化剂, 大量研究结果表明, Pt可以增强金属颗粒在氧化硅载体表面的分散性, 在Pt表面增加H溢流,减少催化过程的积炭从而提高催化剂的稳定性及活性. 在Fe基
体系中, 有研究表明Pt的引入有利于Fe2O3的还原及增加催化剂比表面积.但目前传统的制备方法, 双金属Pt、Fe在载体上只能随机分布, 且粒径分布较广, 如何使负载的贵金属Pt能够与Fe 紧密结合, 提高Pt的效率, 合成高度分散, 粒径均一的双金属F-T催化剂, 是目前催化剂研究过程的主要难题之一.Regalbuto等利用强静电吸附法分别在碳、硅载体上合成具有高分散的, 粒径均一的单金属颗粒.
南京工业大学化学与化工学院陈晓荣等人利用强静电吸附(SEA)理论, 根据Fe2O3与SiO2表面不同的零电荷点(PZC), 将铂盐溶液pH值调控后浸渍在Fe2O3/SiO2的载体上, 制备出
Pt/Fe双金属Fischer-Tropsch(F-T)催化剂, 通过N2吸脱附技术、X射线衍射(XRD)、扫描投射电镜(STEM)和X射线能量散射谱(EDS)对催化剂的结构、形貌及组成进行表征. 结果表明浸渍过程中PtCl62-离子定向选择性地吸附在Fe2O3表面, 而非SiO2表面. 与传统浸渍(IW)法制备的催化剂比较, Pt与Fe紧密结合在一起, 还原后形成高度分散均一的纳米颗粒, 粒径尺寸在2 nm左右. 以F-T合成反应作为模型反应对催化活性进行表征, 强静电吸附法合成的催化剂表现出优异的催化性能, 反应进行150 h后CO转化率仍保持在51%以上.。