Ni/W-Al2O3催化剂在富氢气体中CO选择性甲烷化的研究

采用等体积浸渍法在Ni基催化剂上添加W助剂制备Ni/W-Al₂O₃催化剂，探究Ni负载量、W摩尔分数和焙烧温度对催化剂CO选择性甲烷化的影响。利用XRD、N₂-物理吸附、H₂-TPR、NH₃-TPD、CO₂-TPD、TEM等对催化剂进行表征。结果表明，有W的催化剂在低温下活性很差，不能提高活性。在Ni负载量为20%、W摩尔分数为0.05、焙烧温度为900℃、空速为4 800 h^-1的条件下，反应温度在207～339℃范围内，20%Ni/0.05W-Al₂O₃-900℃催化剂能使CO出口体积分数始终小于10μL/L,CH₄出口体积分数小于2%。     

NiO/MgO整体式催化剂上甲烷部分氧化制备合成气

甲烷部分氧化制备合成气反应过程具有反应速率快、能耗低和H₂与CO物质的量比适用于合成甲醇及F-T合成等优点,是一种有希望替代传统水蒸汽重整的方法。研究在NiO/MgO蜂窝陶瓷整体式催化剂上的甲烷部分氧化过程,主要考察涂层载体、活性组分Ni含量、涂层载体前驱体、焙烧温度和还原温度对催化剂反应性能的影响。采用XRD、H₂-TPR和N2吸附等表征前驱体及其负载活性组分NiO后的晶相、还原特性和吸附性能。结果表明,采用浸渍法制备催化剂时,Mg(NO₃)₂为涂层载体MgO前驱体,在NiO负载质量分数20%、焙烧温度（500~600） ℃和还原温度750 ℃条件下制备的催化剂NiO/MgO-N性能较好,活性较稳定;以NiO/MgO-N为催化剂,在反应温度800 ℃、n(O₂)∶n(CH₄)＝0.5和空速9 723 h^-1条件下,CH₄转化率94.4%,H₂选择性99.9%,CO选择性92.9%。     

CeO2助剂对Ni基催化剂甲烷化性能的影响

甲烷化工艺是煤制天然气的关键技术,甲烷化催化剂则是甲烷化技术的核心。Ni基催化剂具有活性高、选择性好和价格低廉等优点,但易积炭,积炭堵塞催化剂孔道,覆盖表面金属活性位,导致催化剂失活。稀土类金属氧化物（如CeO₂、La₂O₃等）对Ni基催化剂的活性、稳定性、抗积炭性能以及活性组分的分散有明显的促进作用。采用共沉淀法制备了CeO₂-La₂O₃复合氧化物载体,负载Ni后用于CO甲烷化反应,利用N2物理吸附、XRD、H₂-TPR、XPS和TG等对催化剂结构进行表征。结果表明,Ni/CeO₂-La₂O₃中CeO₂的添加主要发挥了电子助剂的作用,CeO₂的存在提高了催化剂表面Ni0周围的电子密度,促进Ni物种的还原,同时还能提高催化剂的抗积炭能力,使催化剂表现出更好的甲烷化活性与稳定性。在V（H₂）∶V（CO）=1、反应温度450 ℃、空速24 000 h^-1和常压下,Ni/CeO₂-La₂O₃催化剂的CO转化率达82.7%。     

活性炭负载磷钨酸用于烟气脱硝抗水性能实验研究

通过硝酸活化和高温水热活化方法对活性炭进行表面改性,之后在改性活性炭上负载不同含量的磷钨酸考察催化剂在有水蒸汽条件下的催化氧化脱硝催化活性,初始反应条件为：温度80 ℃,空速800 h^-1,O₂体积分数为5%、H₂O体积分数为4.2%、NO含量为443 mg·m^-3。通过FT-IR表征制备的催化剂评价前后表面有机活性基团的变化,将不同磷钨酸负载量下活性炭催化剂的脱硝活性评价结果和红外光谱结合,结果表明,湿气条件下,磷钨酸负载质量分数为10%时制备的催化剂能够较好地保持催化氧化脱硝稳定性,NO脱除效率约40%。考察不同操作参数,如温度、水蒸汽含量、O₂含量和空速对负载质量分数10%磷钨酸的活性炭催化剂催化氧化脱硝抗水性能的影响,最优操作条件：温度120 ℃,O₂体积分数8%,水蒸汽体积分数6%,空速1 000 h^-1,催化氧化反应的NO转化率达62%。     

Ni/Al2O3催化剂对高纯HCl中微量CO2甲烷化反应的催化性能

用浸渍法制备了以Al₂O₃为载体、Ni为活性组分的Ni/Al₂O₃二氧化碳甲烷化催化剂,在等温固定床反应器中研究了在Ni/Al₂O₃催化剂作用下,高纯氯化氢中微量CO₂甲烷化反应效果,并考察了温度、压力、氯化氢体积空速以及H₂/CO₂摩尔比对CO₂转化率的影响,同时研究了催化剂活性、稳定性及其再生性能。结果表明,在温度为250℃、压力为4.0 MPa、氯化氢空速为100 h^-1、H₂/CO₂摩尔比为500:1条件下,CO₂甲烷化反应效果最好,其转化率可达到90%左右,对于高纯氯化氢中微量CO₂的脱除起到很好的效果;催化剂在温度高于300℃时,反应不久后会迅速失活;催化剂再生性能只能部分恢复到新鲜水平。     

负载型Mn-Fe/γ-Al2O3低温脱硝催化剂的性能

采用共沉淀法制备了负载型Mn-Fe/γ-Al₂O₃低温SCR催化剂,运用固定床催化反应器,以氨气为还原剂,考察了负载量、活性组分配比、焙烧温度等制备条件和空速、O₂体积分数、NH₃/NO摩尔比等操作条件对Mn-Fe/γ-Al₂O₃催化剂低温脱硝性能的影响,并通过X射线衍射仪(XRD)、比表面积测定仪(BET)等手段对催化剂进行表征.结果表明,负载质量分数为20%、n(Mn):n(Fe)=4:1、焙烧温度为600℃、空速为16000h^-1、O₂体积分数为4%、NH₃/NO摩尔比为1.2、反应温度为200℃的条件下,NO转化率达到了96%以上.     

Ni-CeO2-K/γ-Al2O3催化剂上沼气联合重整制合成气

采用超声波辅助等体积浸渍法制备Ni-CeO₂-K/γ-Al₂O₃催化剂用于沼气联合重整反应，采用 BET、XRD、TG/DTG等技术对催化剂性质进行了表征，在微型固定床反应装置中研究了反应温度、体积空速、原料气组成等对沼气联合重整反应特性的影响，并对催化剂的稳定性进行了研究。结果表明，助剂CeO₂的加入，提高了催化剂中Ni的分散度，降低了催化剂还原温度。升高反应温度和减小体积空速，能够提高沼气中CH₄和CO₂的转化率；原料气中加入水蒸气，能够明显提高H₂/CO体积比；加入的O₂容易与H₂、CO发生反应，CH₄转化率稍有提高。在常压、反应温度850℃、体积空速为100000h^-1、摩尔比CH₄∶CO₂∶H₂O∶O₂∶Ar=1∶0.5∶0.5∶0.1∶0.01的优化条件下，沼气中CH₄转化率超过95%，CO₂转化率超过75%，生成合成气H₂/CO体积比约为1.6，反应48h后，催化剂未见积炭，保持稳定的活性。与沼气干重整相比，沼气联合重整不利于沼气中CO₂的转化。     

CuO-Co3O4-CeO2/CeO2-Al2O3催化剂脱除CO性能研究

以CeO₂-Al₂O₃为载体,采用等体积浸渍法制备CuO-Co₃O₄-CeO₂/CeO₂-Al₂O₃催化剂,通过X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)、氢气等温还原(H₂-TIR)、CO脱除性能评价等方法,考察预还原温度、反应温度、液相空速对CO脱除性能的影响。结果表明：催化剂在160℃下预还原可以获得37.3%的还原度,有效提高活性Cu⁺的数量,进而提高CO脱除性能;在液相丙烯中微量CO脱除反应中,反应温度升高、液相空速减小有利于提高CO脱除性能,当反应温度不低于50℃,液相空速不高于8 h^-1时,CO体积分数可脱除至0.03 mL/m³以下。在50℃、3 MPa,液相空速为8 h^-1的反应条件下,CuO-Co₃O     

Fe对Ni/SBA-16催化CO低温甲烷化促进作用的研究

为了提高Ni/SBA-16催化剂在低温下CO甲烷化中的活性,通过引入Fe助剂制备了Ni-Fe/SBA-16双金属催化剂。对催化剂进行XPS、XRD、HRTEM及EDS-mapping表征的结果表明,Fe的加入与Ni形成了Ni₃Fe合金,减小了金属颗粒尺寸,使得还原后金属颗粒平均粒径从60 nm降低到30 nm左右。同时H₂-TPR的结果表明,Ni₃Fe合金的形成增强了金属Ni与载体之间的相互作用,从而能够减弱Ni颗粒在还原过程及反应过程中的团聚。最后,由CO-TPD和H₂-TPD的测试结果可知,Ni₃Fe合金的形成促进了催化剂对反应气体CO和H₂的解离,从而提高了催化剂在低温下的CO甲烷化活性。当空速为150000 h^-1、压力为0.1 MPa、V(H₂)∶V(CO)∶V(N₂)=3∶1∶1时,CO最低完全转化温度可以从300°C降低到250°C,同时CH₄的选择性保持在90%。     

Ni-Mn/Al2O3催化剂在浆态床中CO甲烷化催化性能

采用共浸渍法制备了Ni-Mn/Al₂O₃催化剂,考察了助剂Mn的含量对催化剂结构及浆态床CO甲烷化性能的影响。采用XRD、H₂-TPR、BET、TEM、H₂-化学吸附等表征对催化剂进行了测试分析,结果表明,Mn助剂的引入能够促进Ni物种在载体表面的分散,减弱Ni物种与载体的相互作用,降低催化剂的还原温度,提高催化剂的比表面积,减小活性金属Ni的晶粒尺寸。随着Mn含量的增加,Ni-Mn/Al₂O₃催化剂的甲烷化性能先升后降,其中以Mn含量为4%（质量分数）时的催化甲烷化性能最佳,添加过量的Mn导致活性组分Ni被部分覆盖,催化甲烷化性能下降。通过对16Ni4Mn/Al₂O₃催化剂样品的浆态床反应温度及反应压力的研究发现,当反应温度为280℃、反应压力为1.5 MPa时,催化剂样品16Ni4Mn/Al₂O₃的CO转化率及CH₄选择性分别达到96.2%和88.8%。     

CeO2改性Ni/γ-Al2O3催化剂上顺酐加氢制备丁二酸酐

采用等体积浸渍法制备CeO₂改性Ni/γ-Al₂O₃催化剂,通过BET、XRD、H₂-TPR和SEM等对催化剂结构及物化性能进行表征,考察Ni-CeO₂/γ-Al₂O₃催化剂对顺酐催化加氢制备丁二酸酐催化性能的影响。结果表明,引入适量CeO₂可提高催化剂活性组分Ni的分散度,增加催化剂比表面积,提高催化剂热稳定性。采用负载CeO₂质量分数5%的Ni-CeO₂/γ-Al₂O₃催化剂,在反应温度120 ℃、反应压力2.0 MPa和空速0.6 h^-1条件下,顺酐转化率为99.5%,丁二酸酐选择性为99.4%。     

铈锆固溶体担载的镍催化剂对CO2甲烷化性能研究

采用共沉淀法制备了Ce_xZr_1-xO₂固溶体作为催化剂载体，采用柠檬酸络合法将镍负载于Ce_xZr_1-xO₂载体上得到Ni/Ce_xZr_1-xO₂催化剂，利用X射线衍射（XRD）、N₂吸附-脱附（N₂-BET）、程序升温脱附（TPD）、程序升温还原（TPR）等技术对催化剂进行表征，在常压微型固定床反应器上测试了CO₂甲烷化的性能，考察了n（Ce）/n（Zr）、镍含量对催化性能的影响。研究发现制备的催化剂具有优异的活性，在常压和空速15 000 mL·g^-1·h^-1条件下，反应温度200℃时，12% Ni/Ce_0.25Zr_0.75O₂催化剂（负载量为质量分数，下同）CO₂的转化率达74%，CH₄选择性为100%。12% Ni/Ce_0.25Zr_0.75O₂催化剂300 h的稳定性测试结果显示其具有较高的抗烧结性能。催化剂的优异活性归因于采用了新的负载方法--柠檬酸络合法负载活性组分镍，该法实现了镍的高分散和催化剂的大的比表面积。     

静电纺丝法制备高活性多孔Ni/SiO2甲烷化催化剂

以三嵌段共聚物P123为模板剂，采用静电纺丝法制备了多孔Ni/SiO₂催化剂，考察其在CO甲烷化中的催化性能。采用N₂物理吸脱附测试、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、H₂-程序升温还原（H₂-TPR）、透射电子显微镜（TEM）、热重分析（TGA）对催化剂的结构性质进行表征。结果表明，静电纺丝法制备的多孔Ni/SiO₂催化剂活性组分Ni在SiO₂载体纤维上高度分散，比表面积大，Ni颗粒尺寸小，金属与载体相互作用强，在CO甲烷化反应中表现出优异的催化活性和稳定性。在温度450℃，压力0.1 MPa，质量空速15000 ml/（g·h）条件下，多孔Ni/SiO₂催化剂CO转化率最高可达96.4%，CH₄选择性可达86.4%。此方法为工业上制备高催化活性且无须二次成型的甲烷化催化剂提供了新思路。     

基于MCM-41的镍基甲烷化催化剂活性与稳定性

采用浸渍法分别以MCM-41,Al₂O₃和SiO₂ 为载体制备了不同镍负载量的甲烷化催化剂,并在连续流动固定床反应装置上对其甲烷化催化活性进行了评价。研究结果表明,与Ni/Al₂O₃和Ni/SiO₂相比,相同镍负载量的Ni/MCM-41催化剂具有更好的催化活性。同时研究了Ni含量对于Ni/MCM-41催化剂催化活性的影响,发现随着Ni含量的增加,CO转化率和CH₄收率逐渐升高,并且在Ni含量大于10%（质量分数）以后趋于稳定。在n（H₂）：n（CO）=3：1、反应压力1.5 MPa、反应温度350℃及质量空速12000 ml·h^-1·g^-1的反应条件下,10%Ni/MCM-41催化剂CH₄选择性达到94.9%,CO转化率接近100%。在100 h催化活性稳定性试验中,10%Ni/MCM-41催化活性无明显下降,表现出良好的催化活性稳定性。采用X射线衍射（XRD）、氮气物理吸附（BET）、热重分析（TG）及氢气程序升温还原（H₂-TPR）等技术手段对催化剂进行了表征,结果表明Ni颗粒大小是影响Ni/MCM-41催化剂催化活性的主要因素。     

ZrO2-Al2O3复合载体负载Ni基催化剂COx甲烷化性能

采用浸渍和粉末压片的方法制备了两种ZrO₂-Al₂O₃复合载体并用于负载Ni基催化剂，并利用氮气等温物理吸附、X射线粉末衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等分析手段对催化剂物化性质进行表征，考察了ZrO₂-Al₂O₃复合载体制备方法及ZrO₂的引入对Ni基催化剂在CO、CO₂和CO-CO₂共存的3种体系下甲烷化反应活性的影响。材料表征和活性测试结果表明，在CO甲烷化体系中，与单一Al₂O₃载体相比，引入ZrO₂的复合载体能有效提高催化剂中Ni物种的分散度从而增强CO甲烷化过程中催化剂活性，且粉末压片法较浸渍法制备的复合载体能有效提高催化剂的还原度，降低还原温度，但前者会大大降低催化剂的比表面积；在CO₂甲烷化体系中，当载体形貌和制备方法相同时，载体的变化对催化剂活性的影响较小，CO₂转化率主要受到制备方法不同引起的物理性质如比表面积变化的影响；在CO-CO₂共存体系中，由于CO在竞争吸附中比CO₂更容易占据活性位点，所以呈现出优先进行CO甲烷化再进行CO₂甲烷化、CO₂的含量先增多后减少的规律。     

煤基合成气甲烷化用镍基催化剂失活热力学和抗失活预测

利用热力学数据对煤基合成气甲烷化用镍基催化剂硫中毒以及积炭热力学进行了详细的计算。计算发现,活性金属Ni、Mo在甲烷化反应条件下与H₂S、COS发生反应是自发进行的过程。10^-10数量级分压的H₂S含量、10^-14数量级分压的COS含量即可使镍金属活性组分生成硫化镍而使催化剂失活;当Mo作为助剂添加到Ni基催化剂时,硫含量不能超过10^-6数量级。不同温度区间发生的积炭反应类型不同,当温度为633.15～898.15K时,积炭反应主要以CO歧化反应、CO还原反应为主;898.15～983.15K时以CH₄裂解反应为主。另外,在0.1MPa下,添加摩尔分数为11.11%及以上含量水蒸气可以避免积炭。     

CO2甲烷化催化剂的研究进展

CO₂甲烷化反应因其可以将温室气体CO₂转化为清洁能源(CH₄)而受到广泛关注。本文介绍了CO₂甲烷化反应的机理与热力学研究进展,分析了CO₂甲烷化催化剂活性中心、粒子尺寸和载体效应对催化剂反应性能的影响规律。介绍了高熵合金、溶出型金属等新型催化剂在CO₂甲烷化反应中的应用,总结了影响Ni基CO₂甲烷化催化剂反应稳定性的2个主要因素(粒子烧结和硫中毒)以及提高Ni基催化剂抗烧结和抗硫中毒的举措(利用限域效应、添加CeO₂等),从而为新型CO₂甲烷化催化剂的研究和开发提供理论基础。最后,对CO₂甲烷化催化剂的研究开发进行了展望。     

密闭电石炉气脱氧催化剂的制备和表征

为脱除密闭电石炉气中体积分数为2%的O₂,制备了以铜为主催化剂,锰和钴为助催化剂,以活性炭为载体的低温高活性脱氧催化剂。在120 ℃,该催化剂可将体积分数为98%的CO、2%的O₂且流量为1.5 L·min^-1的原料气中的O₂脱除至0.2%以下,满足将密闭电石炉气作为化工原料气的要求。正交实验结果表明,催化剂活性组分质量分数为铜6.5%、锰4%和钴0.5%时,能将O₂体积分数脱至0.054 1%。BET比表面积和XRD表征表明,制备的催化剂是一种组分负载量接近其在载体上的单层分散阈值的氧化态Cu-Co-Mn负载型催化剂,其中,Co对活性组分均匀分布于活性炭表面起重要作用。     

不同载体负载的Mo基甲烷化催化剂

研究γ-Al₂O₃、CeO₂和ZrO₂负载的Mo基催化剂性质及其甲烷化性能。采用N2物理吸附、H₂程序升温还原、X射线衍射和透射电镜对催化剂进行表征,使用固定床,在550 ℃、3 MPa、5 000 h^-1、V(H₂)∶V（CO）=1.0且含有H2S的合成气中对催化剂甲烷化性能进行测试。结果表明,3种载体中,Mo在ZrO₂载体上分散度最高,甲烷化反应中Mo/ZrO₂催化剂活性最高; CeO₂负载的Mo相抗烧结能力最强,甲烷化反应中Mo/CeO₂催化剂稳定性最好。     

Fe/γ-Al2O3催化剂上CO同时还原NO和SO2研究

研究了不同载体(γ-Al₂O₃、HZSM-5、TiO₂、SiO₂和MgO)负载Fe催化剂上CO还原NO反应及CO同时还原NO和SO₂反应。结果表明,Fe/γ-Al₂O₃催化剂对CO与NO反应具有良好的催化活性,但随着反应时间的延长,催化剂很快失活;在CO和NO反应中加入SO₂,可以明显改善Fe/γ-Al₂O₃催化剂对CO还原NO反应的活性稳定性;O₂和H₂O对催化剂活性的影响较大,CO₂对催化剂的影响较小。XRD结果表明,FeS₂是催化剂的活性中心,在CO与NO反应后,FeS₂转变为催化惰性的Fe₇S₈而导致催化剂活性下降;在CO与NO及SO₂反应体系中引入O₂后,Fe/γ-Al₂O₃催化剂上的活性组分FeS2被氧化为Fe₂O₃,导致催化剂失活。