金属催化剂烧结机制及抗烧结策略

高温反应环境下金属催化剂易发生烧结,从而导致其活性降低甚至失活。因此,提高其热稳定性是多相催化的重大挑战。本文综述了金属催化剂以颗粒迁移和Ostwald熟化为主的两种烧结机制,整理了通过颗粒粒径分布、颗粒生长动力学、原位透射电镜观测、实验与计算预测四种判断烧结机制的方法;指出温度、化学势、催化剂自身物性是影响烧结的主要因素。其中,温度影响金属颗粒的动能,是引起烧结的主要物理因素;化学势大小受金属与载体间相互作用影响,是影响烧结的化学因素之一。同时围绕金属-载体相互作用、空间限域及其他新颖的抗烧结策略,总结了近年来在提高催化剂抗烧结性能方面的研究进展。最后从催化剂制备、结构分析和性能测试方面,提出了基于抗烧结金属催化剂研究及构建的发展方向。

固废源钙基碳捕集剂制备及抗烧结性研究进展

温室气体二氧化碳大量排放导致全球气候变暖,碳捕集成为当前重要的任务。利用大宗工业固体废弃物作为生产二氧化碳吸附剂的原料,不仅能有效缓解温室效应,而且原料价格低廉,又多位于二氧化碳排放源,可实现大宗固体废弃物的减量化、资源化。综述了钙基二氧化碳吸附材料的吸附机理及应用工艺流程。总结和比较了具有代表性和可用的工业固体废弃物(电石渣、钢渣、粉煤灰)的直接碳化潜力。介绍了几种提高吸附剂吸附性能的改性方法,包括水合改性、酸改性、掺杂改性等,并且对更适合工业应用的造粒工艺进行了简述,以期为高性能工业固体废弃物二氧化碳捕集材料的开发与应用提供重要的理论和技术支持,为研究人员进一步了解其技术进步和发展趋势提供参考。

如何改善ZDTP的极压和抗烧结性能

在ZDTP中引入有机铜或有机银,均能获得良好的协同作用,使ZDTP的极压和抗烧结性能得到显著改善。

抗烧结Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂的制备和表征及其甲烷部分氧化制合成气性能

以乙酰丙酮铑(Rh(acac)_3)和乙酰丙酮钐(Sm(acac)_3)为前驱体,用浸渍法制备了Rh/SiO_2和Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂。采用原位红外光谱、热重分析、低温N_2吸附、X射线粉末衍射、高分辨透射电子显微镜、H_2-程序升温还原和X射线光电子能谱等实验技术对催化剂的制备过程,比表面积和物相以及Rh与Sm_2O_3间的相互作用进行了表征,并以甲烷部分氧化制合成气为目标反应对催化剂的稳定性进行了考察。研究表明:以Rh(acac)_3和Sm(acac)_3为前驱体采用简单的浸渍法即可制备出Rh平均粒径为2.3 nm且具有良好抗烧结性能的Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂。在浸渍过程中乙酰丙酮化合物通过与SiO_2表面羟基形成氢键而负载于载体表面。Sm(acac)_3在SiO_2表面的单层负载量(质量分数)约为31%,对应于Sm_2O_3的质量分数约为15%,只要Sm(acac)_3的质量分数低于这一阈值,均可保证分解后生成的Sm_2O_3以高分散形式负载于SiO_2上,且不会因高温(800°C)焙烧而团聚。高分散于SiO_2表面的Sm_2O_3与Rh之间存在强的相互作用,可显著提高Rh的分散度,防止其在高温反应条件下烧结,进而使低Rh负载量的催化剂表现出良好的甲烷部分氧化制合成气反应活性和稳定性。

氨辅助浸渍法制备抗烧结Ni/SiO2催化剂及其甲烷二氧化碳重整反应的性能

以硝酸镍为前驱盐、商品SiO2为载体,采用氨水辅助浸渍法通过改变n(NH3)/n(Ni)制备了系列Ni/SiO2催化剂,并将其应用于甲烷二氧化碳重整(DRM)制合成气反应.实验结果表明:在浸渍过程中加入氨水可显著改善Ni/SiO2催化剂的DRM反应活性、稳定性和抗积碳性;随着氨水添加量的增加,催化剂活性相分散度提高,当浸渍液中n(NH3)/n(Ni)≥6时,经800℃焙烧后催化剂上NiO物种的平均粒径小于5 nm.通过改变氨水、SiO2、前驱盐的浸渍顺序,发现只有用硝酸镍与一定浓度的氨水配成的混合溶液浸渍SiO2才能获得具有良好分散度的Ni/SiO2催化剂.氨水与Ni形成的镍氨络合物能够避免在浸渍过程中生成Ni(OH)2沉淀,进而有利于Ni物种在SiO2表面均匀分散.氨水所形成的碱性环境还可使载体表面Si—O物种部分溶解或“软化”,进而促进Ni物种与载体表面相互作用,在后续的焙烧过程中生成与SiO2具有较强相互作用的Ni物种以及表面镍硅酸盐物种.这些物种具有良好的抗烧结性能,可防止Ni物种在高温下团聚,并在600℃以上通H 2还原后得到分散性良好且具有较强抗烧结性能的金属Ni颗粒.

碳质材料对中间包镁质干式料抗烧结性和抗渣渗透性的影响

为解决中间包用镁质干式料在使用过程中的烧结严重和抗渣渗透性能差的问题,以烧结镁砂碎料为主料,5%(w)固体酚醛树脂为低温结合剂,1%(w)泡碱为中温结合剂,研究按w(C)≈3%分别加入冶金焦粉、废电极、碎石油焦或鳞片石墨四种碳质材料对镁质干式料性能的影响。结果表明:向镁质干式料中加入四种碳质材料的任一种,均能显著提高其抗烧结性能和抗渣渗透性,其中加入3%(w)废电极的最好。

CaO基吸附剂捕集CO_(2)及其抗烧结改性研究进展

利用CaO基吸附剂直接从高温烟气中捕集CO_(2)因成本低、吸附性能好等优点成为CCUS(碳捕集、利用与封存)的重要技术之一。但CaO基吸附剂在碳酸化/煅烧吸脱附循环过程中存在易烧结的问题,导致其吸附性能急剧下降。本研究针对CaO基吸附剂全面总结了其吸附CO_(2)的动力学、热力学及烧结机理,并重点综述了世界各国研究者在CaO基吸附剂抗烧结改性方面所做的研究,指出了各种方法的优点及其局限性。结果表明,水合作用改性可使吸附剂崩塌而获得更大的比表面积;酸溶液改性会在制备过程产生更多的气体和小分子物质提高吸附剂孔隙率;掺杂改性可以促进CaO对CO_(2)的吸附和扩散,还可作为骨架分离CaO颗粒。经比较,掺杂改性工艺简单、性能好,是比较有前景的改性方法,以含钙固废制备抗烧结改性吸附剂是发展方向。

高温抗烧结吸附剂对SeO_(2)捕集性能

使用气固瞬时反应装置在700~1100℃下对不同氧化物(氧化镁、氧化铁、氧化铝、氧化钙)的硒捕集性能进行研究,确定吸附产物性质。基于此选取相应的典型矿物及双组分抗烧结吸附剂改善硒高温吸附能力。结果表明:900℃前氧化钙捕集效果最好,但1100℃时其吸附量迅速降低到167.59μg/g;γ-氧化铝在高温下捕集效果较好,1100℃时吸附量可达415.04μg/g,这与其优异的孔隙结构有关。钙基矿物方解石因其具有一定的抗烧结能力和发达的孔隙结构,表现出更好的高温捕集能力,1100℃时吸附量可提高到1064.97μg/g。双组分吸附剂高温捕集能力展现出不同程度的提高。钙-铝基吸附剂高温捕集性能提高相对较小;而钙-硅基吸附剂在高温下效果远高于单组分吸附剂,与氧化钙相比,1100℃时可提高1787.21μg/g。

EISA表面修饰法制备抗烧结催化剂

通过催化剂表面修饰控制催化剂表面活性组分颗粒的表面迁移能力,可以提高催化剂的抗烧结性能。通过蒸发诱导自组装(EISA)法修饰催化剂表面制备抗烧结催化剂,并对其性能进行研究。将经过验证的可形成二维有序介孔薄膜的EISA起始溶液沉积在Pd@Si O_2模型催化剂表面,采用TEM表征m Si O_2@Pd@Si O_2催化剂结构,证明了EISA表面修饰法的可行性。将EISA表面修饰法用于修饰Pd/Al2O3催化剂,通过表面涂覆的次数控制修饰层的厚度。XRD和甲烷燃烧活性结果表明,经过修饰的m Si O_2@Pd/Al2O3催化剂耐高温性能提高,其中,涂覆两次后的催化剂表面Pd O纳米颗粒晶粒尺寸增大程度最小,甲烷燃烧活性最好。EISA表面修饰法制备抗烧结催化剂是一种提高催化剂高温稳定性的有效方法。

纳米La2Ce2O7粉末的制备及其抗烧结性能的研究

通过溶胶–凝胶法合成纳米La2Ce2O7粉末,对得到的纳米粉末通过XRD、SEM和TEM进行结构表征、形貌分析以及性能研究。结果表明此种方法在较低温度下(700℃)即可得到晶型稳定的萤石结构的纳米La2Ce2O7粉末,煅烧温度升高到1000℃仍为纳米结构,晶粒大小在30 nm左右;纳米La2Ce2O7的晶粒团聚在一起,且粒径分布均匀;算得的晶体生长活化能为27.85 KJ?mol?1;La2Ce2O7陶瓷片在1400℃下保温6 h后相对密度为90%,具有良好的抗烧结性能。

La_2O_3和Y_2O_3掺杂ZrO_2复合材料的高温相稳定性、抗烧结性及热导率

采用化学共沉淀煅烧法制备不同La2O3掺杂量的La2O3-Y2O3-ZrO2（YSZ）复合陶瓷粉末,研究该复合陶瓷粉末的高温相稳定性、抗烧结性及热物理性能,并与传统应用的YSZ陶瓷粉末进行对比,以探讨La2O3-YSZ作为热障涂层材料应用的可能性。采用XRD分析陶瓷粉末的晶体结构和物相组成,研究La2O3掺杂量对YSZ高温相稳定性的影响。采用SEM观察陶瓷烧结体的微观形貌,研究La2O3掺杂对YSZ抗烧结性的影响。采用激光脉冲法测定热扩散率,通过计算得到材料的热导率。结果表明：YSZ和不同La2O3掺杂量的La2O3-YSZ均由单一的非平衡四方相ZrO2（t′-ZrO2）组成。经1 400℃热处理100h后,YSZ中t′-ZrO2完全转变为立方相ZrO2（c-ZrO2）和单斜相ZrO2（m-ZrO2）,在0.4mol%～1.4mol%La2O3掺杂范围内,La2O3-YSZ的相稳定性均优于YSZ,其中1.0mol%La2O3掺杂的YSZ（1.0mol%La2O3-YSZ）经热处理后无m-ZrO2生成,表现出良好的高温相稳定性。此外,1.0mol%La2O3-YSZ较YSZ具有较高的抗烧结性和较低的热导率。在室温至700℃范围内,1.0mol%La2O3-YSZ的热导率为1.90～2.17 W/（m·K）,明显低于YSZ的热导率（2.13～2.33 W/（m·K））。

抗烧结的超稳定型单原子催化剂研究进展

传统的负载型金属催化剂在高温环境下或长时间工作后易发生烧结。这种不可逆的过程会导致催化剂活性位点的显著减少,使得催化剂严重失活。因此往往需要将催化剂及时更新才能满足工业生产需求,然而这会极大增加生产成本。与传统的负载型金属催化剂不同,单原子催化剂(Single-atom catalysts,SACs)的中心金属原子可以与杂原子(N、O、S等)形成强键合作用,从而有效抑制金属烧结。基于单原子催化剂的这种特性,我们可以制备抗烧结、耐高温的超稳定型单原子催化剂来应对特殊的工业催化环境。本文总结了近年来抗烧结的超稳定型单原子催化剂的合成与应用进展,为单原子催化领域的研究提供参考。

甲烷干重整抗失活镍基催化剂研究进展

甲烷干重整(DRM)可实现甲烷(CH_(4))和CO_(2)的直接转化利用,降低天然气脱碳的能耗和成本,同时实现CO_(2)的资源化利用,对碳减排和富含CO_(2)的天然气的资源化利用具有重要意义。镍(Ni)基催化剂是DRM反应中被广泛使用的催化剂,但因DRM反应为强吸热反应,需要在高温条件下进行,使得催化剂往往存在活性金属烧结和表面积炭的问题。围绕DRM反应过程中Ni基催化剂失活的问题,阐述了DRM反应机理以及积炭和烧结的形成原因,从双活性金属、制备方法、催化剂助剂和特殊前体等方面探讨了设计抗烧结和抗积炭的Ni基催化剂的方法。分析发现:强金属载体作用力可以有效地抑制活性金属烧结,增强催化剂表面氧数量并减少积炭的发生。最后对DRM面临的挑战和机遇进行了展望。

燃油锅炉灰垢成份分析及其烧结行为考察

对４种灰垢样品进行了分析，发现因取样点的温度不同．灰垢的含铁量不同，其ｐＨ值也明显差异．对多种物质的交叉试验结果表明，添加剂Ａ抗灰垢重新烧结的效果最好，且有使灰垢疏松，酸性降低的优点．

二氧化硅包覆核壳结构催化剂的制备与应用研究进展

核壳材料作为一种复合型高效催化材料,由核心和壳层两部分有序组装而成,表现出优异的协同效应和新特性,在多相催化领域具有广阔的应用前景。其中,SiO_(2)因无毒、化学惰性、光学透明、易于被修饰改性、价格低等优势而成为制备核壳结构催化剂的一种理想的壳层材料。介绍了溶胶-凝胶法、模板剂法、自组装法、表面沉积法等SiO_(2)包覆的核壳结构催化剂的制备方法,并从择形催化、减少活性组分流失、防止纳米颗粒聚集和烧结三方面总结了SiO_(2)包覆的核壳结构催化剂在多相催化中的应用,并探讨了SiO_(2)包覆的核壳结构催化剂的未来发展趋势。

ZrO_(2)加入量对铝酸镧基高发射率涂层材料的影响

为了提高铝酸镧基高发射率涂层的抗烧结性,以纯度(w)均为99%的La_(2)O_(3)、Al_(2)O_(3)、CaCO_(3)、Fe_(2)O_(3)为原料,外加(加入质量分数分别为0、5%、10%和15%)Y_(2)O_(3)稳定电熔ZrO_(2),球磨、预烧、压制成型后利用固相烧结法经1600℃保温2 h制备出Ca^(2+)-Fe^(3+)掺杂的LaAlO_(3)/ZrO_(2)试样,研究了ZrO_(2)加入量对其性能的影响。结果表明:添加剂ZrO_(2)不与LaAlO_(3)发生反应,能够抑制试样的烧结。且随着ZrO_(2)加入量的增多,试样的线收缩率和热导率明显下降,同时发射率也有所下降,但均大于0.9。ZrO_(2)的最佳加入量为LaAlO_(3)辐射剂粉料质量的10%。

对撞流反应器制备高性能Ni/CeO_(2)甲烷干重整催化剂及其反应机理研究

利用对撞流反应器制备高性能Ni/CeO_(2)甲烷干重整(DRM)催化剂。针对传统反应釜制备的Ni/CeO_(2)甲烷干重整催化剂活性较低、稳定性较差的问题,从提高催化剂氧空位含量的角度出发,利用对撞流反应器具有优异传质及混合的特点,制备高活性、高稳定性Ni/CeO_(2)催化剂。探究了对撞流共沉淀合成条件对反应活性及稳定性的影响,在流速100mL/min的工艺条件下制备的Ni/CeO_(2)催化剂可以实现93%的CO_(2)转化率及85%的CH4转化率,并且维持较好的稳定性。利用XRD、BET、TEM、CO化学滴定及Raman等表征手段探究了催化剂结构与性能之间的关系。研究结果表明,与传统的共沉淀过程相比,对撞流共沉淀过程因其具有较强的混合及传质能力,所制备的Ni/CeO_(2)催化剂具有较高的比表面积和Ni颗粒分散度,提高了DRM反应活性;同时丰富的氧空位不仅能够促进CO_(2)的活化,并且有助于积炭的消除,从而增强DRM高温反应下的稳定性。

含酯基的二巯基噻二唑二聚物的摩擦学性能

合成了含酯基的二巯基噻二唑二聚物,采用四球试验机考察了其在12-羟基硬脂酸锂基脂中作为极压抗磨剂的摩擦学性能,并采用XPS、SEM和EDS分析了摩擦表面的特性。结果表明,添加了含酯基的二巯基噻二唑二聚物的12-羟基硬脂酸锂基脂的抗磨、减摩和抗烧结性能都得到明显提高。这是由于添加剂在摩擦过程中发生了摩擦化学反应,反应产物在金属表面上形成了一层具有抗磨减摩性能的膜,与金属表面的吸附膜共同作用的结果。

Ni@ZSM-5催化剂的制备及其甲烷部分氧化反应性能的研究

采用N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷(TPE)作为配体,通过水热合成法将Ni金属原位封装在ZSM-5沸石中的催化剂Ni@ZSM-5,并考察了镍引入量和晶化温度对催化剂的甲烷部分氧化(POM)催化性能的影响。结果表明:两段晶化法制备的ZSM-5结晶度更高,有更规整的孔道结构;Ni@ZSM-5中金属颗粒分散较为均匀,载体孔道限制作用能有效抑制金属晶粒的长大,催化剂更加稳定;相比浸渍法制备的Ni/ZSM-5催化剂,原位合成的Ni@ZSM-5催化剂具有更高的POM反应性能,甲烷转化率达95%。