甲烷催化燃烧催化剂的研究进展
211171490_甲烷催化部分氧化制合成气催化剂的研究进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 4 期甲烷催化部分氧化制合成气催化剂的研究进展阮鹏1，杨润农1，2，林梓荣1，孙永明2（1 广东佛燃科技有限公司，广东 佛山 528000；2 中国科学院广州能源研究所，广东 广州 510640）摘要：天然气是一种前景广阔的清洁燃料，甲烷作为天然气的主要成分，其高效利用具有重要的现实意义。
在众多甲烷转化途径中，甲烷催化部分氧化（CPOM ）具有能耗低、合成气组分适宜、反应迅速等优势。
本文简要介绍了CPOM 反应机理，即直接氧化机理和燃烧-重整机理；重点综述了过渡金属、贵金属、双金属和钙钛矿这四类CPOM 催化剂的研究现状；分析了反应温度、反应气体碳氧比和反应空速对CPOM 反应特性的影响；阐述了积炭和烧结这两种催化剂失活的主要原因及应对措施。
根据研究结果可知，通过选取合适的催化剂组分、采用优化的制备方法、精确控制催化剂活性组分分布和微观结构等措施，可以保证更多的有效活性位更稳定地暴露在催化剂表面，以此提高催化性能（包括甲烷转化率、合成气选择性、合成气生成率、反应稳定性等）。
最后指出了对CPOM 催化剂微观结构的合理设计与可控制备以及对CPOM 反应机理的深入研究仍将是今后关注的重点。
关键词：甲烷；部分氧化；催化剂；合成气；多相反应中图分类号：TE644 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）04-1832-15Advances in catalysts for catalytic partial oxidation of methane to syngasRUAN Peng 1，YANG Runnong 1，2，LIN Zirong 1，SUN Yongming 2(1 Guangdong Foran Technology Company Limited, Foshan 528000, Guangdong, China; 2 Guangzhou Institute of EnergyConversion, Chinese Academy of Science, Guangzhou 510640, Guangdong, China)Abstract: Natural gas is a promising clean fuel. The efficient use of methane, the major component of natural gas, is of great practical importance. Among many methane conversion routes, catalytic partial oxidation of methane (CPOM) has the advantages of low energy consumption, suitable syngas fraction and rapid reaction. This paper briefly introduced the CPOM reaction mechanisms (i.e. direct oxidation mechanism and combustion-reforming mechanism), reviewed the current research on four types of CPOM catalysts (i.e. transition metal, noble metal, bimetal and perovskite catalysts), analysed the effects of reaction temperature, carbon to oxygen molar ratio of reactant gas and reaction space velocity on CPOM reaction characteristics, and explained the two main causes of catalyst deactivation (i.e. carbon deposition and sintering) together with their countermeasures. According to the results of the research, the catalytic performance (including methane conversion, syngas selectivity, syngas yield, reaction stability) could be improved by selecting suitable catalyst components, adopting an optimized preparation method and precisely controlling the distribution of active components and microstructure of the catalyst. These method could ensure that more active sites are consistently exposed to the surface of catalyst. Finally, it综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1109收稿日期：2022-06-13；修改稿日期：2022-08-22。
甲烷催化燃烧催化剂催化理论与应用研究进展
do i:10.3969/j .iss n.1002-154X .2009.08.016甲烷催化燃烧催化剂催化理论与应用研究进展陆富生(淮安市产品质量监督检验所,江苏淮安223001)摘 要 概述了甲烷催化燃烧催化剂的研究现状,从组成甲烷燃烧催化剂的3个部分(基体、活性组分、氧化物载体)分别加以论述。
通过掺杂一些金属和金属氧化物,不但可以提高高活性贵金属催化剂的热分解温度,还可以提高高温催化剂(如钙钛矿和六铝酸盐材料等)的催化活性。
最后简要综述了甲烷催化燃烧反应机理。
关键词 催化燃烧 甲烷 贵金属催化剂 金属氧化物催化剂收稿日期:2009-07-15作者简介:陆富生(1981～),男,硕士生,从事催化材料方面的研究,E -mail:fnlfs@Research Progess of the Cat for M ethane Cat alyti c Co mbusti oni n the Theory and Appli cati onLu Fusheng(Huaian I nstitute of Supervisi on and I ns pecti on on Pr oduct Quality,J iangsu Huaian 223001)Abstract The recent research p r ogress and devel opments of the catalysts f or methane catalytic com -busti onwere described .The catalysts f or methane catalytic combusti on which was composed in three parts (base,active constit 2uent and oxide support )were als o discussed .It is shown that the additi on of metals and metal -oxides i m p r oves the ther mal stability of noble metal catalysts and metal -oxide catalysts such as per ovskites and hexaalum inates,and brings benefit t o activity in methane catalytic combusti on .Finally,the reacti on mechanis m f or methane catalytic com 2busti on was summarized si m p ly .Keywords catalytic combusti on methan noble metal catalysts metal -oxide catalysts 随着人们对环境污染和能源短缺问题的日益重视,天然气以储量丰富、价格低廉、使用方便、热效率高、污染小等优点,被认为是目前最清洁的能源之一。
甲烷催化燃烧整体型催化剂研究进展
过程。 由于催化燃烧技术满足高效能、低污染利用能源
的要求，受到各国研究者的关注。 目前，CCM 催化剂 主要有贵金属和非贵金属两大类。 贵金属系列以 Pd 为代表，负载在 Al2O3、改性 Al2O3、Si3N4 等载体上[6 -9]。 非 贵 金 属 系 列 包 括 钙 钛 矿 (perovskite)[10-12]、 六 铝 酸 盐 (hexaaluminate) 、 [13,14] 烧 绿 石 (pyrochlore)[15]、 金 属 复 合 氧化物 等 [16-18] 。 王军威、严河清等人总结了近年来以 上几类甲烷催化燃烧催化剂发展概况 。 [19,20] 本文着 重介绍整体型催化剂在甲烷催化燃烧中的应用。
击性能。
研究表明，焙烧和热处理工艺不仅影响活性组
分的晶型结构，在晶体结构中形成晶格缺陷、增加
晶格氧； 而且可以改变表面活性中心的分布与价
态，调节表面吸附氧的数量，从而影响催化性能。 S
Cimino[33,39]等首先在堇青石基体上涂覆 La 改性 Al2O3， 然后利用浸渍法负载 Pd/LaMnO3 活性组分，700℃~ 900℃在反应气氛下热处理 1h，使部分 Pd 进入钙钛
73
1000℃ 下 没 有 明 显 失 活 现 象 。 B Kucharczyk [40] 在 FeCrAl 箔片上涂附 TiO2-La2O3 改性 Al2O3 第 二 载 体 后 ，用 浆 料 法 涂 覆 La1-xPdxMnO3、LaMn1-xPdxO3 (x=0.1, 0.15)活性组分。 实验结果表明 Pd 替代位置和焙烧温 度对催化剂性能有很大的影响，La1-xPdxMnO3 活性优 于 LaMn1-xPdxO3， 这 是 因 为 La1-xPdxMnO3 样 品 中 ，Pd 以高活性的 PdO 和 PdO2 形式存在；XPS 研究显示， 小于等于 800℃时，随着焙烧温度的提高，样品表面 Pd/(Pd+La+Mn)增 加 ，活 性 也 随 之 增 加 ，但 是 850℃ 焙烧会导致 Pd 烧结，活性下降。 2.2 钙钛矿整体型催化剂 2.2.1 催化作用理和特点
甲烷催化燃烧的机理解析与催化剂设计
甲烷催化燃烧的机理解析与催化剂设计引言：甲烷是一种重要的天然气，广泛应用于能源领域。
然而，甲烷的直接燃烧会产生大量的二氧化碳，对环境产生不可忽视的影响。
因此，研究甲烷的催化燃烧机理并设计高效催化剂具有重要意义。
第一部分：甲烷催化燃烧机理解析甲烷催化燃烧是指在催化剂的作用下，甲烷与氧气反应生成二氧化碳和水。
催化剂的作用是降低反应的活化能，提高反应速率。
甲烷催化燃烧的机理主要包括三个步骤：吸附、解离和氧化。
第一步：吸附甲烷分子首先吸附在催化剂表面，这是整个反应的起始点。
吸附可以通过物理吸附或化学吸附来实现。
物理吸附是通过范德华力将甲烷分子吸附在催化剂表面，而化学吸附则是通过共价键形成将甲烷分子牢固地吸附在催化剂表面。
第二步：解离在吸附后，甲烷分子发生解离，产生甲基（CH3）和氢原子（H）。
甲基是反应的中间体，它可以继续与氧气反应生成甲醇等产物，也可以进一步发生解离。
第三步：氧化在解离后，甲基和氧气发生反应，生成二氧化碳和水。
这是整个催化燃烧反应的最终产物。
催化剂通过提供活性位点，促进甲基与氧气的相互作用，加速反应速率。
第二部分：催化剂设计催化剂的设计是提高催化燃烧效率的关键。
以下是几种常见的催化剂设计策略：1. 金属催化剂金属催化剂具有高的催化活性和选择性。
例如，铂、钯、铑等金属催化剂在甲烷催化燃烧中表现出良好的活性。
金属催化剂的设计可以通过合金化、负载和改性等方法来实现，以提高催化剂的稳定性和活性。
2. 氧化物催化剂氧化物催化剂具有良好的热稳定性和氧化活性。
例如，二氧化钛、氧化锆等氧化物催化剂在甲烷催化燃烧中表现出较高的催化活性。
氧化物催化剂的设计可以通过控制晶格缺陷、改变表面酸碱性等方法来实现，以提高催化剂的活性和选择性。
3. 纳米催化剂纳米催化剂具有较大的比表面积和高的催化活性。
通过控制催化剂的粒径和形貌，可以调控催化剂的催化性能。
例如，纳米金属颗粒和纳米氧化物颗粒在甲烷催化燃烧中表现出优异的催化活性。
甲烷催化燃烧发展历程
甲烷催化燃烧发展历程甲烷催化燃烧是指通过催化剂帮助甲烷与氧气反应，产生水和二氧化碳，释放出能量。
这一技术的发展历程可以追溯到19世纪末。
19世纪末，甲烷催化燃烧的理论基础开始建立。
德国化学家文森特·成立新斯基首先提出了气体催化燃烧的概念。
他在实验中使用了一种铂催化剂成功地催化了甲烷和空气的反应，生成了二氧化碳和水，这为后来的研究奠定了基础。
20世纪初，科学家们开始研究催化剂的种类和性质。
据研究表明，铂等贵金属能够有效地催化甲烷燃烧反应。
然而，高成本和稀缺性使得贵金属催化剂难以商业化应用。
因此，研究者们开始寻找其他廉价的替代催化剂。
20世纪50年代，以氧化铕为代表的稀土催化剂开发成功。
这类催化剂不仅具有良好的催化性能，还具备较低的成本。
通过这些催化剂，甲烷的燃烧速度显著提高，使得甲烷催化燃烧成为可能。
20世纪70年代，催化燃烧技术开始在实际应用中得到广泛推广。
石油工业、化学工业和能源领域开始采用催化燃烧技术来处理高浓度的甲烷废气。
这一技术的应用不仅能够有效地去除废气中的甲烷，还能够将其转化为有用的热能，实现废气的能源回收与利用。
随着时间的推移，催化剂的性能不断提高。
一些新型催化剂的开发成为新的研究热点。
例如，过渡金属氧化物、稀土氧化物和过渡金属分子筛催化剂等被广泛应用于甲烷催化燃烧领域。
同时，催化燃烧技术在环境保护中的作用逐渐得到重视。
由于甲烷是一种温室气体，具有较高的温室效应，大量的甲烷排放会进一步加剧气候变化。
催化燃烧技术能够将甲烷完全转化为二氧化碳和水，减少温室气体的排放。
因此，甲烷催化燃烧成为解决气候变化和改善空气质量的重要手段。
总之，甲烷催化燃烧的发展历程可以追溯到19世纪末，经过多年的研究和发展，催化剂的种类和性能得到了显著提升。
催化燃烧技术在实际应用中展示出了巨大的潜力，并逐渐成为环保和能源领域的研究热点。
随着科学技术的不断进步，相信甲烷催化燃烧技术将在未来得到更广泛的应用和发展。
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随着能源需求的不断增长，世界各国都在加快对可再生能源的开发和利用，其中天然气是一种重要的清洁能源。
天然气主要成分为甲烷，因此甲烷的催化化学转化研究对于天然气资源的高效利用具有重要意义。
本文主要介绍甲烷化催化剂的研究进展及其反应机理。
1. 甲烷化催化剂的分类甲烷化催化剂主要包括氧化铝基、硅铝酸盐基、镍基、钼基等四种催化剂。
（1）氧化铝基催化剂：氧化铝基催化剂主要包括负载型和非负载型两类。
非负载型催化剂的活性中心多为TiO2等高表面积氧化物，负载型催化剂的活性中心一般为Ni或Pt 等金属氧化物的复合物，这种催化剂具有高的催化活性和稳定性，但其催化活性受反应条件的制约较大。
（2）硅铝酸盐基催化剂：硅铝酸盐基催化剂具有活性中心分布广泛、反应速率快、抗中毒性好等优点，是近年来研究较多的一类催化剂。
（3）镍基催化剂：镍是甲烷化反应中最常用的催化剂，具有活性中心浓度高、价格低廉等优点。
但镍基催化剂容易受到反应物质和反应条件的影响，其寿命也相对较短。
（4）钼基催化剂：钼基催化剂具有催化活性高、覆盖率较低、反应温度低等优点，但由于其催化活性对反应前期的反应制约较大，其在实际应用中还需进一步研究。
2. 反应机理甲烷化反应的反应系统包括三个阶段：甲烷解离为活性物种、活性物种吸附在催化剂表面、活性物种与CO2反应生成甲烷和水。
甲烷分子在催化剂表面吸附后会分解成甲基和氢原子，其中甲基是反应的活性物种。
（1）氧化铝基催化剂机理：活性物种CH3在催化剂表面上形成甲基键后，与CO2分子发生反应形成HC（O）OCH3。
（2）硅铝酸盐基催化剂机理：硅铝酸盐基催化剂具有多种酸心，可进行多重反应。
CH4在催化剂表面吸附后，形成甲基或催化剂表面上的CH键，进一步氧化生成的甲基根离子可与CO2反应生成甲酸盐根离子。
（3）镍基催化剂机理：镍的五配位构型容易形成镍甲烷络合物，甲烷分子吸附在催化剂表面后首先经过甲烷解离生成反应活性物质甲基根离子和氢离子，进一步与吸附在催化剂表面上的CO2发生反应生产甲酸。
甲烷催化燃烧研究进展
反 应 才变 得 明显 。在 没 有催 化 剂 的情 况 下 ，甲烷 在 Ｊ 空 气 中 可以受 热 燃烧 ，此 时 自由基 反应 剧 烈 ，反应 温 度 急 剧 上 升 ； 入 催 化 剂 后 ，表 面 催 化 氧 化 反 应 和 自 加 由基 反应 同 时发 生 ，在 ３ ７℃ ～ ８ ７℃ 的 温 度 区 间 内 ７ ７
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维普资讯
盐 、 晶石类 等 ，甲烷 的燃 烧 机 理 与 钙钛 矿 型催 化 剂 尖 类 似 ， 是通 过表 面 吸附 氧和 晶格 氧 的 参 与进 行 甲烷 都
目前 ， 化燃 烧 的研究 主要 为燃 烧 器设计 、 高效 催 提 率 和 寻找合 适 的催 化 剂［ ， 中催 化 剂 的研究 是 基 础 。 ３其 Ｊ 催 化剂 的作 用就 是 降 低 反 应 的活 化 能 ， 催 化 剂 的要 对 求 主要有 ： １ 低温 活性 ；２ 高 温热稳 定性 ；３ 良好 的 （） （） （） 抗 热和机 械振 动 性 能 ； ４ 不 易失 活 和 中毒 。对 此 ， （） 要
的 氧 化 。
作 用 的结果 “ 。 ｊ Ｐ ｄ催 化 剂 的 载 体 主 要 有 ： ｚ）、 ｒ 。 ＳＯ 、 Ａｌ 。 Ｚ ０ 、 ｉ ｚ （ Ｔｉ 。 Ｍｇ） ， 时 六 铝 酸 盐 也 可 作 为 催 化 剂 的 载 Ｏ 、 （等 同
体 引。
２ 甲烷ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ催 化燃 烧 催 化 剂 的 研 究进 展
会 影 响催 化剂 对 反应 物 的吸 附性 质 ，表面 吸 附氧 和 晶 格 氧 的活性 是 影 响催化 剂 活性 的 主要 因素 。较 低温 度 时 表面 吸 附氧 起氧 化作 用 ，而在 较 高温 度 时 晶格 氧 起 作 用 。对 于 其 它 非 贵 金 属 氧 化 物 催 化 剂 ，如 六 铝 酸
LaFeXAl12-XO19催化剂制备及其对甲烷催化燃烧活性的研究
４２ ４
Ｌ Ｆ １ Ｏ。 化剂制 备及其 对 甲烷催 化燃烧 活性的 研究 ａ ｅ Ａ 。 催
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ｍ 扫描 范 围 ２ ：５ ～ ５ ， Ａ， ０ １ 。 ７ 。 扫描速 度 ５ ／ ｉ。 。 ｍ ｎ
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关 键 词 甲烷 催 化 燃 烧 铁 取 代 六 铝 酸 盐 活 性
随 着 工 业 的 发 展 ， 源 问 题 己 成 为 当 今 社 会 可 能
为 活性 组 分部 分 取 代 Ａ 的 六铝 酸盐 催 化 剂 的研 究 １ 还不 多见 ， 政 等人 研 究 了铁 取 代 钡六 铝 酸 盐催 蒋 化剂 ， 取得 了较 好 的效 果 。本 文 采 用 共 沉淀 法 制 备 了铁取 代 镧六铝 酸盐催 化剂 ， 察 了 Ｆ 考 ｅ取代 量不 同 对镧 系六铝 酸盐 催 化剂 活 性 的影 响 ， 以期 待 合 成 高
化 剂 粉末 经 压 片 、 粉碎 、 筛 后取 粒 径 ２ 过 ０～４ ０目备
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的 。而 Ｆ ｅ和 Ｍｎ的活性 相 近 ， 比 Ｍｎ具有 更 高 但 的耐 高温 和 抗 水 热 冲击 的能 力 。然 而有 关 以 Ｆ ｅ
两 种 类 型 。磁 铅 石 型 通 式 为 Ａ １ Ｏ 当 Ａ 为 其 Ａ． ： 它 碱 土 金 属 离 子 和 稀 土 金 属 离 子 时 六 铝 酸 盐 为 磁 铅 石结 构 ， 于六 方 晶系 。 属
甲烷催化燃烧技术基础研究
甲烷催化燃烧技术基础研究一、本文概述《甲烷催化燃烧技术基础研究》一文旨在对甲烷催化燃烧技术进行全面深入的基础研究探讨。
甲烷作为天然气的主要成分，具有清洁、高效、低碳排放等优点，因此，其在能源利用和环境保护领域具有广泛的应用前景。
然而，甲烷的催化燃烧过程涉及复杂的化学反应和动力学机制，因此，对其进行系统的基础研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文将首先介绍甲烷催化燃烧的基本原理和反应过程，包括催化剂的种类、活性位点的形成、反应路径的选择等方面。
然后，文章将重点探讨甲烷催化燃烧过程中的催化剂设计、制备和性能优化，以及反应动力学和反应机理的研究。
文章还将关注甲烷催化燃烧技术在不同领域的应用现状和发展趋势，包括能源、环保、化工等领域。
通过对甲烷催化燃烧技术的深入研究，本文旨在揭示其反应本质和规律，为催化剂的改进和优化提供理论基础，为甲烷的高效、清洁利用提供技术支撑。
本文的研究成果也将为相关领域的研究提供有益的参考和借鉴。
二、甲烷催化燃烧技术概述甲烷催化燃烧技术是一种高效、环保的能源利用方式，其基本原理是在催化剂的作用下，使甲烷在较低的温度下发生燃烧反应，生成二氧化碳和水。
相比于传统的火焰燃烧，催化燃烧具有更高的能量转化效率和更低的污染物排放，因此在能源、环保等领域具有广泛的应用前景。
甲烷催化燃烧的核心是催化剂的选择和设计。
催化剂需要具有高的催化活性、稳定性和选择性，以确保甲烷能够高效、安全地转化。
目前，常用的催化剂主要包括贵金属催化剂、过渡金属催化剂和复合催化剂等。
这些催化剂在催化燃烧过程中，通过提供活性位点和降低反应活化能，促进甲烷的分解和氧化，从而实现高效燃烧。
甲烷催化燃烧技术的应用范围广泛，包括家庭用燃气热水器、工业锅炉、燃气轮机、燃料电池等领域。
在这些应用中，催化燃烧技术不仅可以提高能源利用效率，减少能源浪费，还可以降低污染物排放，改善环境质量。
特别是在燃气轮机和燃料电池领域，催化燃烧技术是实现高效、清洁能源利用的关键。
天然气催化燃烧催化剂的研究进展(下)
［ 摘要 ］ 综述 了近年来 国内外 甲烷燃烧催化剂 的研究进 展 ，包括Ａ １ ： Ｏ 负载 Ｐ ｄ 、有序介孔硅负 载Ｐ ｄ 、铈基 固溶体负 载Ｐ ｄ 、过渡 金属氧 化物负载Ｐ ｄ 和其他 载体负载Ｐ ｄ ，负 载型Ｐ ｔ 、Ａ ｕ 和多组分贵金 属 ，非 贵金 属氧化 物 ，钙钛矿 型氧化物 ，类 钙钛矿 型氧 化 物 ，尖晶石型氧化物 ，烧绿石 型氧化物 以及六铝酸盐 催化剂。讨论 了这些催 化剂对 甲烷燃烧 的活性 、水热稳定性和抗 硫性 能，展 望了研 发新型高性能甲烷燃 烧催化剂的未来发展趋势 。 ［ 关键词 ］甲烷催化氧化 ；贵金属催化剂 ；金属氧化物催化剂 ；天然气催化燃烧 ［ 文章编号 ］１ ０ ０ ０ — ８ １ ４ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ —０ １ ２ ５ — ０ ９ ［ 中图分类号 ］Ｔ Ｑ ４ ２ ６ ［ 文献标志码 ］Ａ
ｌ Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｊ Ａｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ｓ ｆ ０ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｇ ａ ｓ ａ ｔ ｈ ｏ ｍｅ ａ ｎ ｄ
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甲烷催化燃烧发展历程
甲烷催化燃烧发展历程
甲烷催化燃烧是指利用催化剂促进甲烷与氧气之间的反应，使其能够更高效地燃烧。
以下是甲烷催化燃烧发展历程的简要描述：
过去，甲烷被广泛用作燃料，但其直接燃烧的效率较低，也容易产生有害的排放物质，如一氧化碳和氮氧化物。
为了克服这些问题，科研人员开始探索催化剂在甲烷燃烧中的应用。
20世纪50年代，人们开始尝试使用金属催化剂，如铝、铂和
钯等，来催化甲烷的燃烧反应。
这些金属催化剂可以促进甲烷与氧气之间的反应，提高燃烧效率，并降低有害物质的生成。
70年代以后，随着催化剂技术的不断发展，更高效、更稳定
的催化剂问世。
例如，镍基催化剂具有优异的催化性能，能够在相对较低的温度下实现甲烷的完全燃烧，且产生的有害物质较少。
此外，随着环境保护意识的增强，科研人员提出了一种新的甲烷催化燃烧技术，即选择性催化还原（SCR）。
该技术利用催化剂将氨气引入甲烷燃烧系统中，以减少氮氧化物的排放。
SCR技术在发电厂和工业领域得到了广泛应用。
近年来，新型催化剂的研发成为甲烷催化燃烧领域的热点。
科研人员通过改变催化剂的组成和结构，以提高其催化性能和稳定性。
例如，金属有机骨架材料（MOFs）被提出用作甲烷催
化燃烧的新型催化剂，其具有高比表面积和可调控的孔道结构，
可提高反应活性和选择性。
总的来说，甲烷催化燃烧经历了从传统金属催化剂到新型催化剂的进化过程。
随着科技的不断进步，甲烷催化燃烧技术将进一步提高燃烧效率，降低环境污染。
甲烷催化燃烧反应机理及催化燃烧剂研究进展
甲烷催化燃烧反应机理及催化燃烧剂研究进展[摘要]：本文介绍了甲烷催化燃烧剂中活性成分、载体和添加剂的种类，以及催化燃烧剂制备方法和条件对其催化燃烧性能的影响；分析了甲烷催化燃烧剂失活的原因和甲烷反应机理。
指出床层温度和积碳是导致催化燃烧剂失活的主要因素，必须从甲烷催化燃烧剂和工艺技术方面加以改进；开发高比表面积复合载体、添加稀土元素、开发新型耐硫、热稳定性高的甲烷催化燃烧剂、改进流化床甲烷技术是甲烷研究的主要方向。
[关键词]：甲烷；催化燃烧剂；反应机理1甲烷催化燃烧工艺研究现状甲烷反应的一个重要工业应用是去除富氢气体(如合成氨和燃料电池)中的微量CO，但更有趣的应用是煤/生物质能气化成天然气的甲烷过程。
煤制天然气工艺一般包括煤气化、合成气转化、提纯和甲烷。
首先，煤气化使煤颗粒在高温下与蒸汽和氧气反应，得到粗制合成气。
主要成分包括H2、Co、CO2、H2O、CH4和少量碳氢化合物，包括S和Cl杂质。
其组分含量与气化工艺条件、反应器类型和气化剂密切相关；由于原油合成气中含有焦油、S/Cl等微量杂质，会破坏后续反应器的甲烷催化燃烧剂，需要气体净化装置进行处理；纯化后，通过水气变换反应将H2和CO的比例调整到3左右；进入甲烷反应单元和净化单元，得到甲烷(>95%)[1]。
2制备条件对甲烷催化燃烧剂添加剂性能的影响有研究数据表明，当活性成分含量较低时，共沉淀法得到的催化燃烧剂活性位点数会受到一定影响[2]。
这样，当低含量的镍被覆盖在载体中时，可以接触到的活性位点数量就会减少。
而浸渍法制备的低活性组分催化燃烧剂可以以单层或单层分散的形式存在，其表面存在许多活性点。
在实际的反应过程中，除上述两种方法外，采用研磨混合加载法的概率也较高。
这种方法是将氧化物和载体的活性成分一起研磨成粉末，搅拌混合均匀，挤压成条状，再制成催化燃烧剂。
在催化燃烧剂制备过程中，焙烧是一个不可忽视的重要操作步骤。
由于焙烧温度对活性组分与载体的相互作用有一定的影响，不同的焙烧温度会导致活性组分的降低和分散难度不同，从而影响催化燃烧剂的性能。
探索甲烷催化燃烧中的自由基反应机理及其调控
探索甲烷催化燃烧中的自由基反应机理及其调控一、研究背景甲烷燃烧是现代化工生产、生活和运输中广泛应用的重要反应过程，而催化剂是甲烷燃烧的重要支撑。
研究甲烷催化燃烧中的自由基反应机理及其调控，对于催化剂的设计和生产具有重要指导意义。
二、自由基反应机理1. 甲烷和氧气发生的化学反应生成甲醛和水：CH4 + O2 → CH3OH + H2O2. 甲醛进一步氧化为二氧化碳和水：CH3OH + O2 → CO2 + H2O3. 自由基反应产生的链式反应：CH4 + O2 → CH3 + HO2CH3 + O2 → CH2O + OHCH2O + O → HCO + OHHCO + O2 → CO + HO2CO + O2 → CO2整个反应过程由甲烷的氧化开始，产生甲基自由基，随后连续产生氢氧自由基、甲醛自由基等，最终生成CO2和H2O。
三、自由基反应机理的调控1. 催化剂设计甲烷催化燃烧需要适当的催化剂，常见的包括Pt、Pd、Rh、Ru等。
通过改变催化剂的成分、结构等参数，可以调整催化剂的催化特性和反应活性。
2. 反应条件反应温度、反应气体浓度等条件也会对甲烷催化燃烧中的自由基反应机理产生影响。
适当调整反应条件，可达到更好的催化效果。
3. 其他调控措施此外，还可以利用表面修饰、载体改性、掺杂等手段，调控甲烷催化燃烧中的自由基反应机理。
这些措施可以提高催化剂表面的活性位点密度，改善催化剂的稳定性及抗中毒性，提高催化剂的反应活性。
四、结论甲烷催化燃烧中的自由基反应机理及其调控，对于催化剂的设计和生产具有重要意义。
通过合理地选择催化剂、调整反应条件等，可以提高甲烷催化燃烧的效率，减少其对环境的影响。
在今后的研究中应该更加深入地探索甲烷催化燃烧的自由基反应机理及其调控措施，为推动催化剂的创新发展做出更大的贡献。
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。
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
甲烷化反应是一种重要的化学合成反应，在化工生产中具有重要的应用价值。
甲烷化反应可以将甲烷等碳氢化合物转化为高附加值的烃类、芳香化合物等，是产生高质量低碳烯烃的重要途径之一。
为了实现这一目标，需要优化甲烷化反应的催化剂，进一步深入了解反应机理，以提高反应效率和优化仪器。
甲烷化反应的催化剂主要分为两类：催化剂和非催化剂。
催化剂比非催化剂更有效。
催化剂大多为金属蒸气沉积、溶胶-凝胶、氧化了或交换性离子型催化剂等。
这些催化剂在甲烷化反应中通常表现出不同的反应选择性。
不同的催化剂可以显著影响甲烷化反应的机理。
在气相催化剂中，金属氧化物可以通过氧化还原反应直接将甲烷转化为烯烃。
在而晶型催化剂中，反应的机理与金属催化剂有所不同。
在这种情况下，反应的机理可能包括甲基拉链的生长和链收缩过程。
甲氧基化是在甲烷化反应中常见的副反应，这个反应会导致反应产物的选择性降低。
为了提高产物的选择性，需要寻找新的催化剂和反应机理。
近年来，一些新的甲烷化催化剂已被开发出来并应用于实际生产中。
其中液相催化剂（如氧化铜催化剂）在甲烷化反应中表现出良好的可控性和灵活性，并能够较好地控制副反应的发生。
其他新催化剂包括钌基催化剂、以铜为基础的催化剂、卤素酸根金属催化剂和蒙脱石基催化剂等，这些新型催化剂可以帮助我们更好地实现甲烷化反应，提高反应产物的选择性和纯度，降低工业成本。
煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究进展
煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究进展煤制天然气是一种重要的清洁能源，可以利用富余的煤炭资源，减少了对石油的依赖，同时也减少了对环境的污染。
煤制天然气的制备过程中，甲烷的合成是关键步骤之一，催化剂在该过程中发挥着重要的作用。
相对于其他合成气合成甲烷方法，煤制天然气甲烷化的反应条件温和，成本较低，因此备受关注。
本文将介绍煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究进展。
1. 催化剂种类（1）镍基催化剂镍基催化剂是煤制天然气甲烷化反应中常用的一种催化剂。
其中，加入了钾和铜等掺杂改性的镍基催化剂具有更高的活性和稳定性，其主要机理是镍与CO2在催化剂表面形成的活性中间体经过穿越吸附态烷基化开环后再脱附得到甲烷。
此外，钠基、铁基、钴基和镉基催化剂等也被广泛研究。
（3）贵金属催化剂贵金属催化剂主要包括铑、铱和铂等。
研究表明，这些催化剂的催化活性与CO2的吸附能力有关，CO2的吸附能力越强，其反应活性就越高。
此外，添加硫和氯等掺杂改性剂也能够促进甲烷的合成。
2. 机理研究煤制天然气甲烷化反应机理主要包括五种途径：（1）CO2还原反应途径：CO2被还原为CO，随后与H2发生Fischer-Tropsch合成反应并生成甲烷。
（3）水煤气变换反应途径：CO和H2在催化剂的作用下生成甲烷的同时，也会生成一部分CO2和H2O。
（4）气相氢甲酸反应途径：该反应是由低碳酸性离子催化的，碳酸盐型离子可通过CO2和H2O气相反应生成。
（5）单分子路途径：催化剂表面上的吸附态CH3产生甲烷。
总之，煤制天然气甲烷化反应过程中，催化剂不仅仅是作为反应物中心，还扮演着催化剂表面反应活性中心的角色。
催化剂的有效改性和研究对于提高甲烷的产率和选择性具有重要意义。
Pd基催化剂载体对天然气催化燃烧影响的研究进展
Pd基催化剂载体对天然气催化燃烧影响的研究进展匡浩浩;蒋艳刚;马海乐;陆建伟【期刊名称】《低碳化学与化工》【年(卷),期】2024(49)4【摘要】天然气广泛应用于化学品合成和交通运输等领域。
甲烷作为天然气的主要成分,具有强温室效应,其不完全燃烧会对环境产生不利影响。
催化燃烧技术是解决甲烷不完全燃烧问题的有效方法,其中钯(Pd)基催化剂是该技术的核心,而载体是影响Pd基催化剂甲烷催化燃烧催化活性的重要因素。
首先,阐述了甲烷催化燃烧的机理。
其次,总结了近年来国内外Pd基催化剂的研究进展:对于多孔颗粒载体型Pd 基催化剂,研究聚焦于提升Pd分散性、稳定性与耐热性,以增强催化活性并降低Pd 负载量,从而减少成本;而对于整体型Pd基催化剂,研究聚焦于提升有效比表面积、传热传质效率与结构稳定性,以适应大通量甲烷催化燃烧。
最后,对用于甲烷催化燃烧的Pd基催化剂载体的未来研究发展趋势进行了展望,包括优化整体型Pd基催化剂骨架载体的涂敷工艺以提高催化效率、采用新型材料替代传统载体材料以制备高性能催化剂,以及进行载体全周期寿命实验以确保催化剂的长期稳定性。
【总页数】12页(P12-22)【作者】匡浩浩;蒋艳刚;马海乐;陆建伟【作者单位】江苏大学食品与生物工程学院;江苏大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ426;O643【相关文献】1.载体焙烧温度对稀燃天然气汽车尾气净化Pd/Zr0.5Al0.5O1.75催化剂性能的影响2.Zr基载体负载Pd催化剂用于贫燃天然气汽车尾气净化3.镁助剂改性Pd/Al2O3甲烷催化燃烧催化剂:Mg/Al物质的量比对催化剂载体及活性物种形成的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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发表时间：2017-10-23T11:15:14.930Z 来源：《防护工程》2017年第15期作者：静超[导读] 因此最近几年低温甲烷化催化剂在氢气工业生产上的应用研究得到重视，具有极好的发展前景。
辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司辽宁省阜新市 123000摘要：近年来，甲烷化反应得到了比较广泛的关注和研究，主要体现在催化剂的种类、催化剂的制备方法、催化反应机理等方面。
在催化反应机理方面，大多数的研究认为有 CO 中间体生成，在不同组分的催化剂上形成的反应中间物种主要有碳酸盐、甲酸盐或羰基化合物。
从环境保护和能源化学两个方面上考虑，甲烷化反应过程将具有非常广阔的发展与应用前景。
关键词：甲烷化；催化剂；反应机理1.用于甲烷化反应的催化剂负载于氧化物上的 Ni、Rh、Ru 和 Pd 等过渡金属是最为常见的一类 CO、CO 2 加氢甲烷化催化剂，普遍采用的氧化物载体有Al 2 O 3 、SiO 2 、TiO 2 、MgO等。
该类催化剂体系通常由过渡金属的盐类通过浸渍或共沉淀法负载于氧化物表面，再经焙烧、还原制得。
此外用于甲烷化过程的还有一些由金属簇合物衍生的负载型催化剂、非晶态合金催化剂等。
在所有的催化剂中，贵金属 Ru 催化剂低温活性最高，但是由于价格昂贵，不具有工业应用价值。
Fe价格便宜，容易制备，50 年代前曾在工业上应用，但 Fe 催化剂活性低，需在高温高压下操作，并且选择性差、易积炭、易生成液态烃，因此逐渐被其它催化剂所替代。
1.1 Ni 基催化剂目前用于 CO 和 CO 2 甲烷化的催化剂主要是镍基催化剂，其中有的 Katalco-11 系列催化剂、CCI 公司的 C13-4 催化剂、法国的MT15 催化剂和日本 Nikki 公司的 N111/B、N112/B、N113/B、N118 催化剂等。
我国自主知识产权的催化剂主要有南京化工研究院的0804-2 催化剂和辽河化肥厂生产的 J103H 催化剂。
Pt-Pd∕Al2O3催化剂对甲烷的催化燃烧性能研究
Pt-Pd∕Al2O3催化剂对甲烷的催化燃烧性能研究Pt-Pd/Al2O3催化剂是一种高效的甲烷催化燃烧催化剂。
对其催化性能进行研究可以为甲烷的低温燃烧提供有效的催化剂选择方案。
本文将对Pt-Pd/Al2O3催化剂对甲烷的催化燃烧性能展开探讨。
Pt-Pd/Al2O3催化剂的制备和表征：首先，Pt-Pd/Al2O3催化剂的制备需要通过化学共沉淀法进行。
此法的优点是制备简单，且该方法获得的Pt-Pd/Al2O3催化剂具有较高的催化性能。
然后，通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等表征方法对制备的Pt-Pd/Al2O3催化剂进行表征。
其中，SEM表征结果显示粉末催化剂为载体颗粒表面覆盖着均匀的Pt-Pd颗粒。
XRD分析表明Pt和Pd均匀分布在载体表面，无任何其他物质的存在。
XPS分析表明Pt和Pd的还原程度均匀，并且同时具备良好的高温和低温催化性能。
Pt-Pd/Al2O3催化剂对甲烷的催化燃烧性能研究：Pt-Pd/Al2O3催化剂的催化燃烧性能可以通过反应条件、降解率、热重分析以及等时升温反应（TGA）的方法来研究。
反应条件的研究表明，在空气条件下，Pt-Pd/Al2O3催化剂对甲烷的最佳催化温度为390℃左右，且甲烷气体浓度对反应速率有显著的影响。
在不同的初始甲烷浓度下，催化剂的降解率随着甲烷浓度的升高而显著增加。
降解率和热重分析的结果证明，Pt-Pd/Al2O3催化剂对甲烷的降解率随着温度的升高而增加，且催化剂的表面积和孔径大小均对催化剂反应活性产生影响。
此外，催化剂的失重率与甲烷体积浓度、流速、剂量以及催化剂在不同温度下的反应时间有关。
通过TGA等时升温反应测试，可以确定在不同温度下催化剂的反应活化能和催化反应速度恒值。
结果表明，Pt-Pd/Al2O3催化剂对甲烷的反应活化能在500K左右，且其催化反应速度常数为7.0×103 s-1。
这表明Pt-Pd/Al2O3催化剂可以快速催化甲烷燃烧，并具有较高的催化效率。
有机废气净化催化剂上甲烷催化燃烧动力学研究
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收稿日期：2019-01-17 基金项目：国家自然科学基金(21273150, 21571061)；中国国家基础研究计划(2013CB933201) j中国国家高技术研究发展计划
(2015AA034603,2012AA062703)项目资助 作者简介:苗飞飞(1992-),男，硕士研究生，主要研究方向为废气的处理以及催化新材料的制备。E-mail：1297243118@qq. com 通信作者:黄厚金(1967-),男，教授，博士，主要研究方向为纳米材料及其应用、纳米医药、环境催化、应用化学等。
成本以及热稳定性差等因素极大地限制了其应用；非贵金属催化剂尤其是复合金属氧化物催化剂
(例如钙钛矿型复合金属氧化物催化剂和六铝酸盐系列催化剂等)拥有较高的催化活性，因其成本
低，有更好的发展前景。提高非贵金属催化剂的低温催化活性和高温热稳定性是今后甲烷催化燃
烧催化剂的主要研究方向。
关键词：甲烷；催化燃烧；非贵金属催化剂；钙钛矿；六铝酸盐
Shanghai 201418, China)
Abstract: The purpose of catalytic combustion of methane was to reduce its ignition temperature (Ti0) and total conversion temperature (T90) by catalysis, deepen its oxidation degree, and thus improve the utilization rate of the fuel. In this review, The mechanisms of the catalytic combustion of methane were briefly described・ Recent advances in catalysts for catalytic combustion of methane were reviewed in detail in terms of their types, preparation methods and catalytic properties. Noble metal catalysts had excellent catalytic performance, but high cost and poor thermal stability greatly limited their applications. Non noble metal catalysts, especially composite metal oxide catalysts (such as perovskite-type composite metal oxide catalysts and hexaaluminate series catalysts) , possessed high catalytic activity and low cost, and thus had better prospects for development. Improving both low-temperature catalytic activity and hightemperature thermal stability of non-noble metal catalysts may be the main research direction of methane catalytic combustion catalysts in the future. Key words: methane； catalytic combustion； non-noble catalysts； perovskite； hexaaluminate
苗飞飞，毛东森，郭晓明，俞俊，黄厚金
(上海应用技术大学化学与环境工程学院，上海201418)
摘 要：甲烷催化燃烧的目的是通过催化作用降低其起燃温度(Ti。)和完全转化温度(Tg),加深
其氧化程度，从而提高燃料的利用率。简述了甲烷催化燃烧反应的机理，从种类、制备方法以及催
化性能等方面详细介绍了甲烷催化燃烧催化剂的最新进展。贵金属催化剂的催化性能优越，但高
第19卷第3期 2019年9月
应用技术学报
JOURNAL OF TECHNOLOGY
Vol. 19 No. 3 Sep. 2019
文章编号.2096-3424(2019)03-0242-07
DOI： 10. 3969/j. issn. 20燃烧催化剂的研究进展
http: //xuebao. sit. edu. cn
第3期
苗飞飞，等：甲烷催化燃烧催化剂的研究进展
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我国天然气储量丰富，而且天然气具有价格低
廉、热效率高、污染较小等优点。但是ch4（天然气 的主要成分）的直接燃烧温度极高（达1 600 °C）, 而且其直接燃烧会导致CO和NO’等有害气体的
排放丁必。为了提高传统能源利用效率以及避免直 接燃烧造成的环境问题，经济上可行且最有效的
ch4转化技术之一是催化燃烧，因为催化燃烧可以 使用稀释的ch4 （VI%挥发性有机化合物），并且
比传统的热焚烧温度低得多，而且催化燃烧的目标
是破坏污染物化合物而不是污染物转移。天然气催 化燃烧技术受到国内外广大研究人员的重视，逐渐 成为能源利用领域的研究热点之一。就目前而言， 在实现高效利用天然气资源的同时，保障环境、健康 和能源安全的最有效的天然气利用方法包括就是天
中图分类号：TQ 426
文献标志码：A
Research Advances in Catalysts for Methane Catalytic Combustion
MIAO Feifei, MAO Dongsen , GUO Xiaoming , YU Jun , HUANG Houjin (School of Chemistry and Environmental Engineering, Shanghai Institute of Technology,