活性炭及其改性对钌基氨合成催化剂性能的影响

介绍了活性炭的物理、化学性能及其生产方法,以及活性炭作钌基催化剂载体的特点和活性炭改性处理方法对活性炭表面性质及其负载的钌基催化剂性能的影响。     

活性炭载体预处理对Ru/C氨合成催化剂活性的影响

将活性炭在惰性气体保护下进行高温热处理,随后在 O2/N2体积比为10%条件下进行氧化处理。采用元素分析、物理吸附和XRD方法,考察了不同处理后炭载体的化学组分、表面织构和物相变化。以不同预处理的活性炭为载体,制备了钡助催钌催化剂,在425 ℃,10.0MPa和10 000 h^－1条件下进行氨合成活性测试。结果表明,1 800 ℃热处理导致活性炭部分石墨化,能有效消除非炭成分,同时炭载体的比孔容下降了90%。随后的氧化处理能使炭载体比表面得到有效的恢复,以扩孔处理的炭为载体制备的钌催化剂能够使活性金属在载体中均匀分散,制备出高活性的氨合成钌催化剂。     

活性炭表面改性对钌基氨合成催化剂的影响

研究了活性炭经HNO₃进行表面改性后对Ru/AC催化剂的影响。利用表面官能团滴定、N₂物理吸附和CO化学吸附方法对催化剂进行表征,并对催化剂进行氨合成活性评价。结果表明,活性炭经适量的HNO₃改性处理后,中孔有所增加,更主要的是增加了表面羧基,使活性炭的亲水性得到提高,从而提高了以水溶液浸渍法制备的Ru/AC催化剂的活性以及Ru的分散度;但过量HNO₃的改性处理会使活性炭表面不稳定基团增加,这些不稳定基团会降低Ru/AC催化剂的活性以及Ru的分散度。用5 mol·L^-1的HNO₃进行改性处理可以达到最优的效果。     

活性炭负载钌基氨合成催化剂的制备

利用浸渍法制备了活性炭负载钌基氨合成催化剂,讨论了影响钌分散度与氨合成催化活性的若干因素. 研究发现,若活性炭载体具有较大的比表面和较好的孔结构将有利于活性组分的分散. 同时,在浸渍之前,样品需在100～200 ℃干燥6～8 h. 催化剂各组分浸渍后对载体的表面结构影响不同,实验发现,Ba的添加可能为Ru的分散提供了合适的表面,而K主要填充于载体中孔并和Ru充分接触,并为Ru提供电子.同时要控制母体钌水溶液的pH值,并选用合适的浸渍顺序,方能达到较好的效果.     

钌基氨合成催化剂载体研究进展

钌基氨合成催化剂作为一种负载型催化剂,载体对催化剂活性有直接影响。本文对国内外广泛研究的活性炭载体．氧化物载体以及一些新型的载体作了评述,并对未来的研究方向进行了展望。     

以MgO-AC为载体的钌基氨合成催化剂的制备研究

在氮气气氛下焙烧Mg(NO3)2-AC,制备MgO-AC复合材料,以此为载体制备铯促进的钌基催化剂,考察了焙烧前后催化剂活性的变化和不同的焙烧气氛对于催化剂活性的影响。结果表明,在较低的温度和压力下,以MgO-AC为载体的催化剂的活性高于单独以MgO或AC为载体的催化剂,也高于将MgO和AC机械混合为载体催化剂的活性。通过活性比较、热重分析和其他相应的表征手段,得出对于MgO-AC载体,MgO和AC之间存在着一定的相互作用,对提高氨合成催化剂活性起着一定的促进作用。     

钌基氨合成催化剂研究进展

钌基催化剂被称为继铁基催化剂之后第二代氨合成催化剂。文中介绍了钌基氨合成催化剂的载体、钌的母体化合物和促进剂的研究进展以及在钌基催化剂上氨合成反应动力学。     

助剂对钌基氨合成催化剂活性的作用研究

利用等体积浸渍法制备了活性炭负载钌基氨合成催化剂,考察了助剂Ba、K、Sm对催化活性的影响,探讨了其改善活性的调变规律。用TPD技术研究了氮在系列催化剂上的脱附行为。研究结果表明,助剂Ba、K、Sm的加入显著地提高了催化剂的活性,多助剂催化剂的活性明显优于单助剂催化剂。稀土金属氧化物Sm2O3除具有助催作用外,还有助于催化剂的热稳定性及钌的分散。在钌基氨合成催化反应中,N2 分子的活化离解是速控步骤。氮的脱附活化能愈低,催化活性愈高,其脱附活化能次序为Ru>Ru-Sm>Ru-K>Ru-Ba>Ru-Sm-K>Ru-Sm-Ba>Ru-Ba-K>Ru-Sm-Ba-K。     

圆柱状成形Ru/AC氨合成催化剂制备及性能

将水洗处理的椰壳活性炭研磨至小于0.08 mm,加入粘合剂挤压成长度3～10 mm、3～5 mm的圆柱形,颗粒经120 ℃烘干、1 900 ℃高温处理和400 ℃经氧、氮等混合气处理后,作为Ru/AC催化剂载体。其侧压强度从无定形的40 N·cm^－1提高到成形后的91 N·cm^－1,磨耗率从无定形的5%左右降低到成形后的0.05%。以成形椰壳炭为载体的Ru/AC催化剂的活性与无定形活性炭为载体时相当,具有在低温、低压、低氢氮比和原料气高氨含量下高活性的特点,且具有很好的耐热性。与无定形椰壳炭相比,以成形椰壳炭为载体制备的Ru/AC氨合成催化剂更适合工业氨合成装置使用。     

助剂对活性炭负载钴催化剂氨合成活性的影响

采用四槽高压连续流动反应器研究了添加助剂Ba、K和Sm对活性炭负载钴催化剂氨合成活性的影响,结果发现,添加助剂Ba、K和Sm可以提高催化剂的氨合成活性,其中,Ba的促进效果最好,Ba与Co物质的量比为0.3时,催化活性最高。在Ba-Co/AC催化剂中,助剂Sm的加入降低了催化剂的氨合成活性,而少量K助剂(K与Co物质的量比为0.25～0.5)可以提高其催化性能,在10 MPa、10 000 h^-1和450 ℃条件下,双助剂催化剂的氨合成活性可达120 mmol·(g·h）^-1,进一步增加K的量,其氨合成活性下降。     

氨合成钌基催化剂的研究进展

近年来,钌基氨合成催化剂因其高活性、高稳定性和反应条件温和成为研究热点。综述国内外氨合成钌基催化剂的研究进展,重点介绍钌基催化剂载体、助剂和前驱体对氨合成反应性能的影响。石墨化程度高、导电性能良好的碳载体或氧化物与碳的复合载体是氨合成反应的良好载体;碱金属和碱土金属类助剂通过改变活性金属表面静电场,起到电子助剂的作用,并且碱土金属对反应的促进作用优于碱金属,稀土金属Sm能够抑制碳载体的甲烷化反应;与Ru Cl3相比,Ru3(CO)12是氨合成反应的理想前驱体。简介以电子化合物为载体的钌基氨合成体系,负载钌的高比表面积电子化合物C12A7:e-是强大的电子供体,能够提高氮气在钌上的解离程度,并能可逆地储存氢,有效抑制氢吸附对钌表面的毒害,从而大大提高氨合成反应活性。进一步开发温和条件下非贵金属高效氨合成催化剂将具有重要的理论和现实意义。     

抑制碳负载钌基氨合成催化剂甲烷化的研究

The effects of promoters K, Ba, Sm on the resistance to carbon-methanation and catalytic activity of ruthenium supported on active carbon (Ru/AC) for ammonia synthesis have been studied by means of TG-DTG (thermalgravity-differential thermalgravity), temperature-programmed desorption, and activity test. Promoters Ba,K, and Sm increased the activity of Ru/AC catalysts for ammonia synthesis significantly. Much higher activity can be reached for Ru/AC catalyst with bi- or tri-promoters. Indeed, the triply promoted catalyst showed the highest activity, coupled to a surprisingly high resistance to methanation. The ability of resistance of promoter to methanation of Ru/AC catalyst is dependent on the adsorption intensity of hydrogen. The strong adsorption of hydrogen would enhance methanation and impact the adsorption of nitrogen, which results in the decrease of catalytic activity.     

焙烧气氛对Ba-Ru/MgO催化剂氨合成性能的影响

采用浸渍法制备Ba-Ru/MgO系列催化剂，考察不同焙烧气氛对Ba-Ru/MgO催化剂氨合成性能的影响，通过X射线衍射、N₂-低温物理吸附、透射电镜、H₂程序升温还原、CO₂程序升温脱附和红外光谱等方法对其进行表征，考察焙烧气氛对负载型钌基氨合成催化剂的物相结构、织构性能、微观形貌、钌物种的还原性能和体系酸碱性能等影响。研究表明，MgO焙烧气氛对制备的钌基氨合成催化剂结构、物化性能以及氨合成活性有较大影响，不同气氛焙烧对Ba-Ru/MgO催化剂碱性强弱影响顺序：Ba-Ru/MgO(Ar)＞Ba-Ru/MgO(N₂)＞Ba-Ru/MgO(空气)＞Ba-Ru/MgO (真空)，在450 ℃、5.0 MPa和5 000 h^-1条件下，空气、Ar和N₂气氛焙烧的MgO制备的Ba-Ru/MgO催化剂活性高于真空气氛焙烧的MgO制备的催化剂。     

Iron intercalated in graphite as catalysts for ammonia synthesis

Catalysts for ammonia synthesis based on iron intercalated in graphite precursors were prepared. This study reveals that the catalysts' activity is associated with a broad electron paramagnetic resonance (EPR) line, and that the iron co-ordinated by both carbon and potassium influences both the intensity of the EPR signal and activity.