基于UiO-66热解制备多孔氧化锆及其热解催化生物质性能研究

生物质材料通过催化热解产生的氧杂环类化合物中5-羟甲基糠醛具有广泛的应用。本文利用Zr^(4+)离子与对苯二甲酸形成的金属有机框架材料(UiO-66)作为牺牲模版,分别采用分段煅烧以及直接煅烧两种方式制备氧化锆催化剂。结果表明以UiO-66为模板,采用分段式煅烧以及直接空气气氛煅烧两种方式衍生得到的氧化锆固体酸催化剂形貌相似,呈现出纳米针状疏松结构。比较而言,采用分段式煅烧得到的氧化锆催化剂比表面积更加优异,能有效地提高生物质催化产物中5-羟甲基糠醛的含量。

介孔二氧化锆负载钴催化剂的费-托合成反应性能

系统研究了不同孔径介孔二氧化锆负载钴催化剂的费-托合成反应性能.实验结果表明,当介孔氧化锆载体孔径在2.5～7 nm时,负载钴催化剂费托合成反应的CO转化率、C+5选择性和C+18选择性迅速增加,而C1选择性显著降低;在孔径大于7 nm时,CO转化率趋近并达到最高,而C1选择性接近并降到最低;当孔径大于12 nm时,C+5选择性和C+18选择性均达到最高;在相同CO转化率下,随介孔锆载体孔径的增大,C1选择性降低,而C+5选择性增加.

纳米铜-钴复合型催化剂的制备与三乙氧基硅烷的合成

采用不同方法制备了铜-钴复合型催化剂及纳米氢氧化铜催化剂,经XRD、BET手段对其微观结构进行了表征。结果表明,该铜-钴复合型催化剂的粒径比氢氧化铜粒径小,比表面积增加了28%。在铜-钴复合型催化剂上进行了三乙氧基硅烷的合成实验,最佳反应条件为:反应温度208℃,乙醇加料速度0.9mol.h-1,催化剂用量为硅粉质量的4.8%,硅粉转化率达95.3%,三乙氧基硅烷的选择性达87.5%。

锆改性钴基费-托合成催化剂催化性能的研究

考察了助剂锆和金属钴负载量对锆改性Co/Al2 O3 催化剂催化性能的影响 .结果表明 ,锆助剂能够高度分散在氧化铝载体上 ,而活性组分钴以一定尺寸存在 ;锆的添加能够明显地提高Co/Al2 O3 催化剂的催化活性和C5+ 烃选择性 ,但助剂锆含量对催化剂催化性能的影响不大 ;在锆存在下 ,催化剂的催化活性随金属钴含量先升高后降低 .进一步的研究表明 ,催化剂上烃形成速率的提高可能是由于锆助剂能够增加催化剂的活性位数目 ,增强桥式CO吸附的强度 ,在Co ZrO2

萤石结构铜-铈-氧催化剂组成与催化活性

按不同的 Cu、Ce配比制备了 5种 Cu-Ce-O催化剂 ;与纯 Cu O和 Ce O2 相比 ,其 CO催化氧化活性均较高 .XRD测试显示 ,活性最高的 ( Cu O) 0 .1 5 -( Ce O2 ) 0 .85 催化剂上看不见 Cu O的特征峰 ,只显示 Ce O2 的萤石结构特性 ,说明高活性是由于 Cu O高度分散在 Ce O2 上所产生的协同效应所致 .对反应的动力学处理结果表明 ,其组成与活性的变化符合 Constable标绘的规律 ,表明它们是同一系列性质相似的催化剂 .还对这些催化剂进行了 H2 -TPR、O2 -TPD和 CO-TPD的表征以考察它们的氧和一氧化碳吸附量。

费托合成催化剂表面碳-氧键活化的研究

本研究针对费托合成反应中催化剂的活性相,即金属碳化物的生成进行了表面碳-氧键活化的研究。在催化剂的预处理阶段,采用CO对铁基催化剂和钴基催化剂进行渗碳处理,形成碳化铁和碳化钴。XRD图和TEM图的分析结果证实了产物的形成。进一步的实验结果表明,钴基催化剂的目标产物选择性高于铁基催化剂。通过密度泛函理论模拟计算,发现铁基催化剂表面碳-氧键的活化能力低于钴基催化剂,差异为1.26eV。因此,钴基催化剂在费托合成反应中具有更高的活性和选择性。

锰、锆对铜锌铝催化剂结构的影响及其对己二酸二甲酯加氢制备1,6-己二醇的催化性能

考察锰、锆助剂对铜锌铝催化剂己二酸二甲酯选择加氢制1,6-己二醇的影响,通过XRD、SEM、N_2吸附-脱附、H_2-TPR和XPS研究催化剂物化性能。结果表明,锰、锆助剂均有效提高催化剂活性,同时引入两种助剂,催化剂活性和产物选择性进一步提高,表现出较强的协同效应。在入口温度200℃、反应压力5.0 MPa、空速0.2 h^(-1)和氢酯物质的量比170条件下,对CuZnMnZr/Al催化剂进行活性及稳定性考察,催化剂稳定运行500 h,己二酸二甲酯转化率>99%,1,6-己二醇选择性>98%。

钴基费-托合成催化剂上CO、H_2的吸附行为

采用程序升温脱附及 FT-IR技术考察了 CO、 H2在钴基催化剂上的吸附行为 .H2-TPD表明 ,Co/SiO2催化剂有两类脱附氢 ,引入锆助剂后 ,低温脱附氢量明显增加 ,高温吸附氢量下降 .CO-TPD及吸附态 CO的红外光谱表明锆助剂使 CO在钴催化剂上的吸附强度减弱 ,但其吸附量增大 .钴基催化剂的费-托合成反应性能可以用吸附态物种的变化来解释 .

钴基F-T合成重质烃催化剂载体效应的研究

考察了ZrO2 ,Al2 O3 和SiO2 等载体对Co基催化剂上CO加氢反应性能的影响 .结果表明 ,载体的特性明显影响CO转化率、产物分布及链增长几率 .氧化态催化剂上的钴主要以Co3O4 形态存在 ,其晶粒大小的顺序为Co/ZrO2 <Co/SiO2 <Co/Al2 O3.XPS测试结果表明 。

新型钴-聚吡咯-碳载Pt燃料电池催化剂的制备与表征

采用脉冲微波辅助化学还原法制备了钴-聚吡咯-碳(Co-PPy-C)载Pt催化剂(Pt/Co-PPy-C),其中Pt的总质量占20%.利用透射电镜(TEM)、光电子射线能谱分析(XPS)和X射线衍射(XRD)研究了催化剂的结构,用循环伏安(CV)、线性扫描伏安(LSV)等方法考察了其电化学活性及氧还原反应(ORR)动力学特性及耐久性.Pt/Co-PPy-C电催化剂的金属颗粒直径约1.8 nm,略小于商用催化剂Pt/C(JM)颗粒尺寸(约2.5 nm);催化剂在载体上分散均匀,粒径分布范围较窄.Pt/Co-PPy-C的电化学活性比表面积(ECSA)(75.1 m2·g-1)高于商用催化剂的ECSA(51.3 m2·g-1).XPS测试表明,自制催化剂表面的Pt主要以零价形式存在.而XRD结果显示,自制催化剂中Pt(111)峰最强,Pt主要为面心立方晶格.Pt/Co-PPy-C具有与Pt/C(JM)相同的半波电位;在0.9 V下,Pt/Co-PPy-C的比活性(1.21 mA·cm-2)高于商用催化剂的比活性(1.04 mA·cm-2),表现出更好的ORR催化活性.动力学性能测试表明催化剂的ORR反应以四电子路线进行.CV测试1000圈后,Pt/Co-PPy-C和Pt/C(JM)的ECSA分别衰减了13.0%和24.0%,可见自制催化剂的耐久性高于商用Pt/C(JM),在质子交换膜燃料电池(PEMFC)领域有一定的应用前景.

Mn-Zr-O催化剂的制备及其催化苯甲醇氧化反应的活性

采用氧化还原沉淀法制备了一系列不同n(Mn)∶n(Zr)的Mn-Zr-O催化剂,并以分子氧为氧化剂,催化苯甲醇氧化反应。实验结果表明,当n(Mn)∶n(Zr)=3∶1时,催化剂的活性最高。在100℃下反应1 h,苯甲醇的转化率达88.3%,催化剂的质量比活性(单位质量催化剂上单位时间内的苯甲醇转化量)为17.7 mmol/(g.h)。XRD、N2物理吸附、XANES及H2-TPR表征结果显示,以+3和+4价共存的非晶态Mn氧化物是活化分子氧氧化苯甲醇的高活性物种,添加Zr能增加催化剂的比表面积,促进Mn氧化物的还原,从而显著提高催化剂在苯甲醇氧化反应中的活性。

Cu-Zr-Co-O催化剂催化乙醇直接合成乙酸乙酯

分别采用反滴加共沉淀法、正滴加共沉淀法、溶胶-凝胶法合成了Cu-Zr-Co-O催化剂,并研究了该催化剂在乙醇脱氢合成乙酸乙酯反应中的催化性能;对催化剂试样进行了XRD、XPS、N2物理吸附、H2-TPR和NH3-TPD表征,并考察了催化剂预还原温度、反应温度、GHSV对反应性能的影响。表征和实验结果显示,采用反滴加共沉淀法合成的Cu-Zr-Co-O催化剂(CP-N(1))具有较大的比表面积,催化剂表面Cu0粒径较小,且表面存在较多的酸中心;预还原温度影响催化剂表面Cu0的数量及粒径大小,在300℃下预还原的CP-N(1)催化剂对乙醇脱氢合成乙酸乙酯反应具有最佳的催化性能,在GHSV=1.2min-1、200℃的优化条件下,乙醇转化率达85.0%,乙酸乙酯选择性达80.2%。

氮掺杂碳载钴催化剂制备及其TG-FTIR和XRD光谱分析

以三聚氰胺甲醛树脂预聚体为氮源、碳源,以乙酸钴为金属前驱体,制备氮掺杂碳载钴氧还原电催化剂。利用傅里叶变换红外光谱与热重联用(thermogravimetry-fourier transform infrared spectroscopy,TG-FTIR)、X射线衍射光谱分析(X-ray diffraction spectra,XRD)等研究了催化剂的制备过程和结构,采用旋转圆盘电极测试(rotating disc electrode,RDE)考察了制备过程中不同炭化温度对催化剂氧还原催化活性的影响。结果显示,在惰性气氛中,随炭化温度升高,样品中部分有机基团以CO,CO2,HCHO,NH3,NO2等形态随保护气流失,催化剂结构出现明显变化,形成典型的面心立方结构。旋转圆盘电极测试结果表明,所制备的催化剂都具有较好的电催化活性,氮掺杂碳载钴催化剂的氧还原起始电位在0.5V(vs.SCE)左右,炭化温度为700℃时制备的催化剂具有最高电催化氧还原活性。

高比表面ZrO_2负载的钴基费-托合成催化剂结构和催化性能

通过碱液回流老化法制备出了2种高比表面积的ZrO_2载体(ZrO_2-NaOH、ZrO_2-NH_4OH),采用溶胶-凝胶法制备出2种ZrO_2-SiO_2复合载体(ZS-1、ZS-2),并将其负载钴制备出了负载量为10%(质量分数,ω)钴基费-托合成催化剂(Co/ZrO_2-NaOH、Co/ZrO_2-NH_4OH、Co/ZS-1和Co/ZS-2).采用N_2吸附-脱附、X-射线衍射、程序升温还原和程序升温脱附、氧滴定等手段对催化剂进行了表征,催化剂活性测试在微型固定床反应器上进行.结果表明:碱液回流老化后可显著提高ZrO_2的比表面积和热稳定性,NH_4OH回流制得的ZrO_2载体平均孔径比NaOH回流的ZrO_2载体大.由其制得的钴基催化剂费-托合成活性最高,证明载体的孔结构显著影响催化剂的反应性能.复合载体制备的钴催化剂10Co/ZS-1、10Co/ZS-2展示较低的CO_2、CH_4选择性和较高的C_(5+)选择性.

铜助剂对费-托合成沉淀铁催化剂的影响

用X 射线衍射、氢气程序升温还原、氢气程序升温脱附和氧滴定等技术对沉淀法制备的铜 铁费 托合成催化剂进行了表征.结果表明,铜促进了Fe2O3→Fe3O4的还原,且使该过程的起始还原温度明显降低,但对Fe3O4→FeO→Fe两个还原过程无影响;通过浸渍法加入的铜虽可较好地分散在催化剂表面,但却导致了氢气的吸附量减少,同时由于Cu和Fe之间可能存在的相互作用,使催化剂中的还原态物质在氧滴定中不能被充分氧化;Cu还有助于Fe在催化剂表面的分散.

ZrO2改性Co／活性炭催化剂对浆态床Fischer-Tropsch合成反应的催化性能

考察了ZrO2改性Co/活性炭(Zr-Co/AC)催化剂在浆态床反应器中的Fischer-Tropsch合成反应性能及反应条件对催化剂活性和选择性的影响。实验结果表明,适量添加ZrO2助剂可明显提高Co/AC催化剂对Fischer-Tropsch合成反应的催化活性,降低甲烷的选择性并提高C5+烃的选择性。当Zr-Co/AC催化剂(Co质量分数为15%)中Zr的质量分数由0增加到6%时,CO的转化率从36.4%增加到67.9%,甲烷选择性从15.4%降低到10.1%,而C5+烃的选择性从71.4%增加到79.3%。当Zr-Co/AC催化剂中Co质量分数为15%、Zr质量分数为2%时,适宜的反应条件为:温度493～503K、压力2.5～3.5MPa、气态空速500～2000h-1、催化剂在浆态液中的体积分数为2.50%。在此条件下催化剂的活性和C5+烃的选择性较高。

化学链制氧技术中铜-锆氧载体的动力学分析

化学链空气分离制氧是利用氧载体在脱氧反应器中脱氧-在吸氧反应器中吸氧、再生实现连续或间断制氧的新颖技术。本研究通过机械混合法制备铜-锆氧载体,并对制备材料的物相组成、表面形貌及比表面积进行表征,在STA409PC热重分析仪上采用程序升温法作相关机理探索,分析气体流量、样品质量、升温速率、惰性载体添加比例对铜-锆氧载体脱氧和吸氧性能的影响。采用等转化率法求解活化能,采用主曲线法确定动力学模型机理函数。结果表明,所制备的铜-锆氧载体物相稳定,没有烧结现象的发生,随ZrO2添加比例的增大,制备氧载体的比表面积逐渐增大;当气体流量大于30 mL/min,样品质量小于10 mg时,氧载体的转化速率已不受样品传热和传质等内外扩散的影响;随升温速率的增大及惰性载体添加比例的减小,氧载体反应起始温度、最大反应速率出现温度及转化完全温度均向高温移动。等转化率法计算得到不同转化率下氧载体的活化能基本相同,且不同惰性载体添加比例下活化能数值也相差不大;氧载体脱氧和氧化反应都可用成核和核增长机理模型描述,但模型中两种反应的级数不同,前者为3,后者为1.5。

ZrO_2助剂对费-托合成Co/SiO_2催化剂失活过程中结构变化的影响(英文)

采用X射线衍射和X射线吸收精细结构表征手段对ZrO2改性前后的Co/Si O2催化剂在费-托合成过程中因结构变化而失活进行了研究.不同失活程度的催化剂通过在常压微型固定床反应器中调节反应环境分压比p(H2O)/p(H2)进行的一系列模型实验来获得.结果表明,Co0晶粒的氧化和长大均可导致Co/Si O2催化剂失活,在高的水分压条件下,氧化是主要的失活原因.在相同条件下,经ZrO2改性的Co/Si O2催化剂的失活可以得到明显抑制,催化剂稳定性显著提高.

影响Cu-Co合成醇催化剂活性因素的研究

C_2—C_5醇的生成主要与钴组分有关,而铜能显著增加钴的活性,且有利于抑制烃的生成。还原形成的金属钴晶体形态因添加铜而发生了改变。XPS方法表明催化剂在活性状态时,铜和钴之间可能存在电子转移。在影响催化剂活性稳定性方面,结构因素有着重要影响。

Cu-ZnO-Al_2O_3-ZrO_2/HZSM-5催化剂上CO_2加氢合成二甲醚

采用共沉淀法和机械混合法合成了Cu-ZnO-Al2O3-ZrO2/HZSM-5双功能催化剂,研究了该催化剂催化CO2加氢合成二甲醚反应的性能,考察了HZSM-5分子筛的硅铝比、反应温度和反应压力对CO2转化率、二甲醚选择性和收率的影响。实验结果表明,随硅铝比的增大,二甲醚选择性和收率呈峰形变化特性;随反应温度的升高,CO2转化率增加,二甲醚选择性降低;而随反应压力的升高,二甲醚选择性增加。当硅铝比(n(SiO2)∶n(Al2O3))为50、反应温度和压力为250℃和3.0 MPa时,CO2转化率达到19.6%,二甲醚的选择性和收率分别为47.0%和9.2%。H2-TPR,NH3-TPD,XRD表征结果显示,Cu-ZnO-Al2O3-ZrO2/HZSM-5双功能催化剂中HZSM-5分子筛的结构没有明显变化,但硅铝比的变化影响双功能催化剂的酸性,HZSM-5分子筛的加入使Cu的还原温度降低。