合成气完全甲烷化催化剂的放大制备及其性能表征

研究合成气完全甲烷化催化剂的千克级放大制备,并通过对不同放大量级催化剂的表征,探究催化剂放大制备的本质.催化剂在从克级到10kg级的逐步放大制备过程中,能保持良好的反应性能.利用比表面积、X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、程序升温氢气还原(H2-TPR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及碳元素分析表征的方法,对放大制备的催化剂进行了详细的表征.结果表明:在所给定的放大制备条件下,不同放大级别制备的催化剂具有相似的织构组织、物相结构、元素组成、可还原性、催化行为以及抗积碳性能,成功实现了甲烷化催化剂的千克级放大制备.

合成气完全甲烷化催化剂的公斤级放大制备及催化反应工艺研究

甲烷化催化剂是煤制合成天然气核心技术之一,因此研发合成气完全甲烷化催化剂具有重要意义。研究工作采用实验室小试共沉淀制备甲烷化催化剂的最佳工艺条件方法,进行单批次1、5和10 kg级(代号cat-1、cat-5、cat-10)催化剂的制备研究。研究了催化剂制备的控制因素和放大制备催化剂的反应性能及催化反应工艺条件。研究显示:催化剂制备的控制因素主要包括Na^+含量及晶型结构;放大制备催化剂具有良好的活性、操作稳定性和耐热性能,与小试制备催化剂具有较好的一致性;放大制备催化剂(cat-10)在所考察的还原温度、反应H_2/CO比和10000~40000m L·h^(-1)×g_(cat.)^(-1)反应空速范围内具有良好的甲烷化活性。研究结果表明,该研究单批次公斤级催化剂放大制备是成功的,为实现催化剂进一步放大制备提供了良好基础。

合成气完全甲烷化催化剂的放大制备及失活机理研究

进行了合成气完全甲烷化催化剂放大制备研究,对放大的催化剂进行了长周期的活性稳定性评价,并对催化剂的失活机理进行了探索性研究。研究结果表明,放大的催化剂经过1 000h的连续运行,CO平均转化率为99.9%,H2平均转化率为99.80%,CH4平均选择性为98.5%,放大的催化剂的反应性能基本达到小试催化剂的性能。对甲烷化催化剂失活的机理进行的研究发现,引起甲烷化催化剂长周期运行失活的原因主要是积炭和烧结,其中烧结是影响催化剂活性下降的主要因素。

醇化过程对超高分子量聚乙烯催化剂放大制备的影响

为实现超高分子量聚乙烯催化剂的放大制备,解决醇化过程中不溶物对超高分子量聚乙烯催化剂放大制备的不良影响,采用等离子体发射光谱仪、激光粒度仪、扫描电镜等对催化剂进行表征,考察不同浓度配制前驱体对催化剂镁钛比、粒度分布、外观形态在放大制备上的影响。通过2 L小试聚合釜,采取同一工艺条件,不同浓度催化剂进行聚合评价,并采用乌氏粘度仪、表观密度仪对聚合产物进行检测,得到醇镁比对催化剂的影响,为选取较为合适的催化剂制备条件提供参考。

Ni_2P/TiO_2-Al_2O_3催化剂的放大制备及其深度加氢脱硫性能

按照单位体积搅拌功率恒等的放大准则,采用不同规格的反应釜以溶胶凝胶法(sol-gel)制备Ti O2-Al2O3复合载体;依据还原气体线速度恒等的放大准则,在不同规格管式炉中以程序升温还原法(TPR)制备Ni2P/Ti O2-Al2O3催化剂,并在连续固定床反应器中考察催化剂的加氢脱硫性能,以研究凝胶、TPR这两个催化剂制备关键过程的"放大效应"。结果表明,放大制备的载体物化性质与小试结果相当,放大制备的催化剂在温度603 K、压力2.5 MPa、质量空速2 h?1、氢油体积比500的条件下对含硫量为0.1%(wt)的二苯并噻吩(DBT)/环己烷溶液进行90 h的加氢脱硫反应,转化率达到99.4%,模型油品中硫含量降至6 ppm,其结果也与小试相同,表明上述载体以及催化剂制备工艺可靠、重复性好,有望实现规模化制备。

通过NiMo氧化物-CoMo氧化物混合物衍生催化剂中的界面相互作用促进甲醇到甲酸盐的电催化氧化

为应对气候与环境变化及适应未来工业生产需求,近年来,H_(2)O,CO_(2)以及有机小分子等的电催化还原或氢化反应受到广泛的关注.但阳极析氧反应(OER)的缓慢动力学过程导致反应能耗高,限制了其实际应用.近年来,研究人员采用热力学上更有利的亲核氧化反应(NOR)代替OER,并与阴极半反应耦合,进而降低总体能耗,同时在阳极获得高附加值产物.其中,设计高效、稳定、易放大制备的催化剂是实现NOR工业化应用的关键.本文采用简便且易于规模化生产的策略制备电催化剂,并用于甲醇氧化反应(MOR).首先,采用沉淀法制备镍钼氧化物水合物和钴钼氧化物水合物;随后,将两种水合物按一定比例物理混合得到MOR催化剂.实验结果表明,混合物中的镍钴两种组分在含有KOH的碱性电解液中快速脱钼并转变为氢氧化物.当混合物中NiMo氧化物与CoMo氧化物的质量比为1:1(记为Ni50Co50-m)时,材料表现出最佳的催化活性.Ni50Co50-m在1 mol L^(–1)KOH+1 mol L^(–1)甲醇电解液中达到100 mA cm^(–2)电流密度仅需约1.51 V施加电位,活性及阳极反应选择性均远远高于单一组分.相比于化学共沉淀法所制备的NiCoMo氧化物,Ni50Co50-m表现出更好的稳定性.为明确混合物催化性能比单一组分材料大幅提高的原因,通过现场原位电化学阻抗谱和工况原位拉曼光谱对单一组分催化剂在服役条件下的反应界面以及催化剂结构演变进行研究.结果表明,单一镍组分催化剂在MOR过程中会被部分氧化为NiOOH,但是由于镍组分导电性很差,电荷转移微弱,因此催化性能较差.单一钴组分催化剂在MOR过程中表面被氧化为CoOOH,OER和MOR均发生在CoOOH表面,但是钴组分的本征活性并不强且对竞争反应OER的选择性较高.通过比较真实混合物(Ni50Co50-m)以及镍钴组分间无接触情况下的原位阻抗谱响应,证明了镍与钴之间存在相互作用.混合物中镍钴组分接触界面间的相互作用包括以下两个方面:一方面,钴组分在一定的外加电压下被氧化为导电良好的CoOOH,其作为混合物中的电荷传输媒介,激活更多的镍位点参与到催化剂的电氧化过程中,增大了Ni^(2+)/Ni^(3+)氧化还原物种的覆盖度,为催化活性物种OH*的形成提供了更多位点;另一方面,镍钴组分之间的相互作用影响了Ni2+的电氧化行为,Ni^(2+)的氧化电位明显下降,钴组分的引入降低了Ni^(3+)‒O键的电子云密度,使得OH–向Ni^(3+)位点的亲核进攻变得更加有利,进而促进了OH*的产生及其与镍位点的紧密结合,从而提高了MOR的活性和选择性.综上,本文通过混合物中镍与钴组分间的界面相互作用提升了催化剂对MOR的催化活性.该混合增强策略同样适用于其他NOR(如乙醇氧化反应、乙二醇氧化反应等)以及其他镍基催化剂(如氢氧化镍、硫化镍).本工作为简便、高效和放大制备NOR催化剂提供了新思路.