Carbon dioxide reforming of methane on monolithic Ni/Al_2O_3-based catalysts

Nickel-alumina catalysts supported on cordierite monoliths of honeycomb structure surpass essentially the conventional granulated ones with respect to the output in carbon dioxide reforming of methane. Adjusting the surface acid-base properties of catalysts by introduction of alkali metal （Na, K） oxides inhibits the carbonization and as a result, improves the operational stability of these catalysts. An effect of promotion of nickel-alumina based composite doped by lanthanum oxide is found. This effect, caused by an additional route for the CO2 activation on Ni-La2O3/Al2O3/cordierite catalyst, is displayed in increase of methane conversion under conditions of an oxidant excess.

基于重整制氢技术的整体式催化剂研究进展

整体式催化剂具有高机械强度、高通量、低压降等特点,已成为重整制氢催化剂的研究热点。系统综述了整体式重整制氢催化剂的组成及其制备方法,分析了其结构特性,重点阐述了不同活性金属整体式催化剂在制氢领域的应用,展望了该领域未来可深入研究的方向。

纳米碳纤维/蜂窝状堇青石催化剂载体的结构控制

以Ni为催化剂、乙烯作碳源,制备了纳米碳纤维/蜂窝状堇青石催化剂载体,并考察了制备工艺对所制纳米碳纤维(CNFs)产率及形貌的影响。结果表明:当生长温度从450℃升至650℃时,CNFs的产率先增加后降低;当生长时间由5min延长至30min时,CNFs的产率从4.9%提高到12.5%,随着生长时间的进一步延长,增长趋于平缓;较高的C2H4/H2流量比有利于提高CNFs的产率;在500℃、30min、VC2H4∶VH2=160∶40的最佳工艺条件下,CNFs的产率及所制载体的压缩强度分别达12.5%和34.46MPa。

基于阳极Al2O3的非涂覆式金属基体整体催化剂载体的制备

通过草酸溶液中的二步氧化法制备多孔阳极Al_2O_3(PAA)膜。在保持金属一体化结构下,考察阳极氧化条件(电压、时间、电解液浓度及温度)对多孔Al_2O_3膜的结构特性的影响。在80℃下对PAA膜进行水热处理1.5h并在500℃下焙烧3 h。结果表明:孔径和膜厚随电压(或电解质浓度、阳极氧化时间)增加呈线性增长,孔径(或膜厚)和电解液温度呈指数型关系,孔密度和电压关系亦然;另一方面,氧化时间、电解液温度、电解液浓度对孔密度几乎没影响;平板的表面积最大可提高到3 200倍,提高电解液的温度被认为是扩大表面积最有效的方法。水热处理后表面积可以从13.5 m^2/g增加到180.3 m^2/g,并将无定形骨架Al_2O_3转变为γ-Al_2O_3。通过阳极氧化-水热处理-焙烧制得的锯齿状蜂窝体与商业的堇青石蜂窝体相比,比表面积略高,有更大的开孔率和更轻的质量。

低浓度甲烷催化燃烧La0.8Ca0.2FeO3/MgO蜂窝催化剂

开发了以MgO为第二载体的La0.8Ca0.2FeO3钙钛矿整体催化剂,用于低浓度甲烷(φ(CH4)=0.5%)的催化燃烧。首先用共沉淀法制备了不同比例Ca掺杂的钙钛矿粉体,然后在程序升温反应-质谱仪中对催化剂进行筛选,并用XRD、TPR、BET对粉末进行表征。在此基础上,选择La0.8Ca0.2FeO3并确定800℃为焙烧温度,采用浆料涂覆法将粉末La0.8Ca0.2FeO3涂覆在α-Al2O3蜂窝陶瓷基体上制成整体催化剂,在空速40 000h-1下进行催化燃烧反应试验。考察了引入MgO作为第二载体的效果以及在MgO中引入少量Al2O3的影响,对MgO的焙烧温度、负载量进行了优化。结果表明,MgO对活性组分有隔离保护和高温下的分散稳定作用,而MgO与La0.8Ca0.2FeO3之间的相互作用是导致La0.8Ca0.2FeO3整体催化剂的活性比粉末催化剂高了1倍左右的主要原因。

涂覆液种类对FeCrAl金属载体上氧化铝涂层性质的影响

利用浸渍提拉法(dip-coating),分别采用铝溶胶与氧化铝浆液在Fe Cr Al金属载体上制备了两种γ-Al2O3活性涂层,考察了涂覆液种类对涂层性质的影响。利用扫描电镜、X射线衍射、氮气物理吸附和超声波振动方法考察了两种涂层的表观形貌、晶型结构、织构性质及涂层与金属载体之间的结合力。研究结果表明,当涂层负载量小于3%(质量分数,下同)时,溶胶涂层可以避免开裂,而浆液涂层无法避免开裂发生;当负载量大于8%时,溶胶涂层在干燥后会开裂翘起甚至直接脱落,而浆液涂层虽然开裂加剧但是不会直接脱落。对于涂层厚度需求较低的体系(涂层负载量小于8%),溶胶涂层的比表面积和孔容比浆液涂层更大,更适合作为催化剂活性载体;而对于涂层厚度需求较高的体系(涂层负载量大于8%),则应选择浆液涂层。

不同载体Mn-Ce催化剂的制备及其脱硝性能

以TiO_2、SiO_2及Al_2O_3为载体,采用分步共混法制备了三种均质整体式Mn-Ce负载型催化剂,探究了不同载体对催化剂脱硝活性、N2选择性及机械强度的影响。结果表明,以TiO_2和SiO_2为载体的催化剂80℃的脱硝率接近90%,而以Al2O3为载体的催化剂仅达46%。催化剂的表征发现这与Mn-Ce/TiO2和Mn-Ce/SiO2催化剂的比表面积和表面酸量较Mn-Ce/Al2O3更大、更多有关。而三种催化剂的N2选择性在80~200℃之间均接近100%,然而Mn-Ce/SiO2催化剂200℃以上N2选择性比其余两种催化剂差。三种催化剂的机械强度为Mn-Ce/TiO2>Mn-Ce/SiO2>Mn-Ce/Al2O3,其微观形貌显示这与催化剂体相结构的密实状况有关,各催化剂的活性组分氧化物均以无定形态存在。

堇青石蜂窝陶瓷载体酸处理对整体式La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3催化剂催化甲苯燃烧性能的影响

整体式催化剂是一种常用的催化剂,蜂窝陶瓷载体是其重要组成部分。酸处理可以改进其结构上的不足。使用不同质量分数、种类的酸溶液对堇青石蜂窝陶瓷载体进行了预处理,考察了酸处理对整体式催化剂的基本性质及甲苯催化活性的影响,并采用XRD、BET等表征手段进行分析。结果表明,蜂窝陶瓷载体经质量分数为30%硝酸溶液处理后可达最佳效果,负载率提高48%以上,比表面积扩大20倍以上,由其制得的催化剂催化甲苯燃烧的起燃温度为219℃,降低了19℃,完全转化温度为281℃。表征结果说明酸洗过程未改变载体组成,而是使载体比表面积增加20倍以上,从而提高了整体催化剂的催化活性。

蜂窝陶瓷负载锰酸锶镧基催化剂制备及性能

采用不同浓度硝酸和草酸溶液,对堇青石蜂窝陶瓷载体进行预处理,考察了酸处理对载体失重率、吸水率及压缩强度的影响。采用催化剂粉体浆料涂覆法,制备了堇青石蜂窝陶瓷负载锰酸锶镧基La0.8Sr0.2Mn0.4Al0.4Zn0.2O3-δ(LSMAZ)整体式催化剂,运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段对催化剂进行表征,并在管式反应器上进行甲烷催化燃烧活性测试。结果表明,酸处理能增大载体比表面积和吸水率;相同条件下草酸对载体的侵蚀效果优于硝酸;提高草酸浓度能增强侵蚀效果,但过高浓度的酸处理会使载体压缩强度过小而无法应用。经1050℃煅烧5 h后,所制备的整体式催化剂具有适宜的脱落率,无明显载体-LSAMZ界面反应,并具有最高的甲烷燃烧催化活性。

蜂窝陶瓷载体上氧化铝涂层的制备

采用溶胶凝胶法在蜂窝陶瓷载体表面制备了氧化铝涂层,使用SEM、BET等分析手段研究了氧化铝涂层的结构形貌和特性。试验结果表明,氧化铝涂层在陶瓷载体上附着牢固。铝溶胶中加入尿素可以有效调整溶胶的粘度,从而能够获得负载量大,比表面积高的氧化铝涂层。

甲烷水蒸气重整的Ni基整体式催化剂的制备和表征

以堇青石为基体制备了不同MgO改性的Ni基整体式催化剂,并对催化剂的结构和甲烷水蒸气催化重整反应性能进行了测试。XRD和H2-TPR结果表明,添加MgO不仅促进了催化剂上的NiO分散性能,而且增强了NiO与载体之间的相互作用。XPS结果表明,过量MgO的添加明显地降低了催化剂表面的Ni原子浓度,这是高MgO含量催化剂活性下降的主要原因。10%Ni/5%MgO/Si-Al/D催化剂具有较好的甲烷水蒸气催化重整催化性能,在反应温度800℃,空速27000mL/(g·h),V(H2O)/V(CH4)为2时,甲烷转化率为98.3%,CO的选择性为78.6%,n(H2)/n(CO)为3.6。

多孔γ-Al2O3金属基整体式催化剂载体的制备与表征

为制备性能优异的非涂覆整体式催化剂载体,通过电化学抛光、阳极氧化法、水合热反应和焙烧制备了工业纯铝基γ-Al2O3整体式催化剂载体,利用掠入射XRD、EDS、BET对多孔γ-Al2O3薄膜进行了晶型、比表面积的评价,并利用光学显微镜、扫描电子显微镜对抛光表面和多孔γ-Al2O3形貌进行了分析和膜厚测量。以高氯酸和无水乙醇的混合溶液作为电解液,电化学抛光了工业纯铝表面。在此基础上进行一次阳极氧化和水合焙烧,工艺条件为电压25 V、电解液为0.3 mol/L硫酸、反应温度15℃、反应时间4.0 h、阴阳极间距4 cm、搅拌速率中速,水合温度95℃、水合时间1.5 h,焙烧温度550℃、焙烧时间4 h。所制备的多孔γ-Al2O3整体式催化剂载体的比表面积高达214.86 m2/g,孔径分布均匀。通过正交试验确定了最佳电压、电解液浓度、反应时间和温度,有效避免了金属基"烧穿"现象,所制备的多孔γ-Al2O3薄膜比表面积高,并克服了传统整体式催化剂载体涂层和活性组分易从载体上脱落的缺点。

炭涂层型整体式催化剂的研究进展

碳元素是一切有机生命体的骨架元素,由其演变而成的炭材料具有多样性,一直以来都备受研究。炭材料来源广泛,具备高比表面积、发达孔隙结构以及良好热-化学稳定性等特征。因此,被广泛运用于催化、吸附和分离等诸多领域。尤其是作为催化剂载体,在很多反应中都展现出优异的性能。然而传统催化剂的形态限制了其在多相连续反应中的应用,对此,有学者尝试将炭材料与整体式框架结构有机结合。制备得到的新型炭涂层型整体式催化剂,有效地弥补了传统催化剂形态上的缺陷,进一步拓宽了其应用范围。基于此,将对炭涂层型整体式催化剂的制备方法和研究现状进行阐述,详细介绍该催化剂的实际应用效果以及影响其性能的相关因素,最后对炭涂层型整体式催化剂的研究前景进行展望。

氧化钡对氧化铝及不同铝源负载的单钯催化剂的高热稳定性研究

使用BET和XRD对拟薄水铝石、硫酸铝和硝酸铝制得的氧化铝,以及由这三种铝源经过钡改性制得的氧化铝,在1000℃和1150℃下焙烧后的比表面积和晶型进行了考察.并探讨了C3H8、C3H6和CO在这三组氧化铝样品制成的单钯催化剂上的氧化活性,Pd在涂层中的重量为0.96g/L.结果表明,经过钡改性后,粉末样品的热稳定性和催化剂的氧化活性都有所提高.不同铝源的选择对样品的高热稳定性及催化剂的活性都有很大的影响.由硫酸铝制得的氧化铝经钡改性,1150℃焙烧后粉末样品的比表面积增加幅度最大,而硫酸铝为铝源的催化剂经钡改性,1000℃焙烧后氧化活性提高得最明显.