Cu改性的FeMg@SiO2纳米级核壳催化剂实现合成气一步法制备液化石油气(英文)

本实验系统研究了纳米级核壳催化剂由合成气经费托合成路线一步法直接制备液化石油气。通过采用共沉淀法、改性溶胶-凝胶法和浸渍法相结合的方法将Cu纳米颗粒浸渍在介孔二氧化硅壳包覆的FeMg催化剂上,所制备的Cu/FeMg@SiO₂纳米核壳催化剂的物理化学性质通过一系列的表征技术进行分析,如XRD、TEM、N₂吸附-脱附、H₂-TPR,XPS和CO₂-TPD等。Cu/FeMg@SiO₂纳米核壳催化剂在液化石油气合成反应中表现出较高的CO转化率(96.6%)和较低CO₂选择性(21.9%),其中,液化石油气的选择性到达37.9%。反应结果表明,SiO₂壳层抑制了CH₄的形成,有助于增加长链产物。同时,高的CO转化率归因于Cu/FeMg@SiO₂上活性金属Cu元素在SiO₂壳上的高分散,进一步促进了烯烃加氢和C₅₊烃类产物的裂解。本实验中所提出的催化剂制备方法...     

合成气一步法制备二甲醚核壳结构催化剂的制备及其反应性能

以生物质(葡萄糖、蔗糖、淀粉)为模板剂,通过水热合成法制备具有核壳结构的CuO-ZnO-Al₂O₃@Al₂O₃复合催化剂,该催化剂以甲醇合成催化剂CuO-ZnO-Al₂O₃为核,甲醇脱水催化剂Al₂O₃为壳.SEM-EDS对催化剂核壳结构的表征发现,通过改变水热合成温度和合成时间可以调变催化剂中Al₂O₃壳层的厚度.将该复合催化剂用于合成气直接制备二甲醚的反应,在空速1 500 mL/(h·g_cat)、温度260 ℃、压力5.0 MPa的条件下,CO转化率和二甲醚选择性分别达到35.2%和61.1%.     

NiO/La2O3催化剂上甲烷催化部分氧化制合成气的研究

采用浸渍法制备了一系列不同N i含量的N iO/La2O3催化剂,并利用XRD、BET对催化剂结构进行了表征,采用常压下固定床石英管反应器考察了催化剂对甲烷部分氧化制合成气的反应性能和催化剂的稳定性,其甲烷转化率与反应温度、N i含量以及空速有关.结果表明,N i含量为30%的N iO/La2O3催化剂具有良好的催化活性,800℃时甲烷的转化率为88%,CO选择性可达83%,100 h的连续测试显示N iO/La2O3具有良好的稳定性.     

复合催化剂上合成气一步法制备液化石油气的研究

合成气一步法制备液化石油气(LPG)可在甲醇合成催化剂和分子筛组成的复合催化剂上实现.本实验选用与Y分子筛孔径相近的SAPO-5分子筛(0.73 nm × 0.73 nm)作为研究对象,在335 ℃、3.0 MPa、空速1 500 h^-1、Cu-Zn-Al/Pd-SAPO-5质量比为1/2的条件下获得了73.9%的CO转化率和73.0%的LPG选择性,该结果进一步证实了较大孔径的分子筛有利于LPG的合成.此外,研究结果还表明,合成气一步法制备LPG过程中甲醇/二甲醚向烃类的转化遵循烃池机理.     

镍基整体式催化剂上生物质粗燃气重整调变的特性研究

采用浸渍法制备了Ni基整体式催化剂,考察了不同条件(温度、时间、空速、水蒸气添加等)对催化剂上生物质粗燃气重整反应性能的影响。结果表明,催化剂在较低温度下(≤500 ℃)只具有CO加氢反应活性,随着反应温度的升高粗燃气重整反应逐渐进行,在800 ℃以上,CH₄和C₂转化率均高达95 %以上,CO₂转化率达到92%,但随着反应空速和水蒸气添加量的增加,CH₄和CO₂等转化率呈现缓慢降低的趋势。此外,通过改变水蒸气添加量可对合成气中H₂/CO体积比在0.85~4.00进行较好调节。结合XRD表征发现,Ni基整体式催化剂中Ni°的生成可较好地促进重整反应的进行。     

合成气制液化石油气复合催化剂的性能

 将甲醇合成催化剂与负载 Pd 的分子筛颗粒混合制得复合催化剂, 在连续固定床反应器上考察了该催化剂对合成气一步法制液化石油气 (LPG) 的性能. 采用 N₂ 吸附-脱附、_NH3 程序升温脱附和程序升温氧化对催化剂进行了表征. 结果表明, 分子筛孔径对 LPG 选择性影响显著, 当采用孔径为 0.74 nm × 0.74 nm 的 Y 型分子筛时 LPG 选择性最高. 在 300 ^oC, 2.1 MPa 和空速 1 500 h^-1 条件下, 含有 Y 型分子筛的复合催化剂上 CO 转化率达 80.2%, LPG 占烃类产物的 73.8%. 在一步法合成 LPG 反应中, 催化剂表面积炭是导致 CO 转化率和 LPG 选择性下降的主要原因.     

用于浆态床FT合成的Fe-Cu-K-Si催化剂的初步考察

使用连续共沉淀反应器制备了浆态床FT合成用的Fe-Cu-K-Si催化剂。考察了钾含量、粘合剂的添加以及催化剂还原方法等对催化剂性能的影响。1L高压搅拌釜的试验结果表明粘合剂添加方法B和低压CO还原条件下的No.9催化剂性能较好。在质量空速为无载体Fe-Cu-K催化剂1.5倍的条件下，No.9催化剂的合成气转化率，C1^ 和C5^ 产物的产率均高于无载体Fe-Cu-K催化剂，甲烷选择性为3．2％。特别在富CO合成气条件下C5^ 的单程产率达到130g/m^3(CO H2)以上。假设对氢为一级反应动力学的条件下，使用表观速率常数对o.9催化剂的反应活性的经时变化作了考察，结果表明表观速率常数较合成气转化率能相对地反映不同反应条件下的催化剂活性。     

Cu/ZrO2催化剂上乙醇水蒸气重整反应的研究Ⅱ反应条件的影响

采用沉淀法或醇凝胶法、浸渍法制备Cu/ZrO2催化剂,在常压微型固定床石英管反应器上进行乙醇水蒸气重整反应,采用程序升温还原（TPR）技术表征催化剂的还原特性。考察了催化剂还原温度、反应温度、水醇比、空速等对反应的影响以及催化剂的稳定性。结果表明,在300℃～500℃,随反应温度升高,乙醇转化率增大,H2选择性下降。不同还原温度对转化率的影响不是很大,对于H2选择性,300℃、400℃还原的催化剂优于500℃还原的催化剂。高水醇比有利于提高转化率和H2选择性。随空速增大,转化率和H2选择性呈现下降的趋势。8%Cu/ZrO2催化剂在400℃或450℃反应22h显示出良好的稳定性。     

介孔CuO/γ-Al2O3催化剂的 制备及其在合成气制二甲醚反应中的应用

以三嵌段共聚物F₁₂₇为模板剂,以异丙醇铝、硝酸铜为原料,采用溶剂挥发自组装法制备具有介孔结构的CuO/γ-Al₂O₃复合催化剂.通过XRD、SEM-EDS、H₂-TPR、N₂-吸附脱附、TEM等技术对该催化剂的结构进行了表征.实验结果表明,通过溶剂挥发自组装法制备的催化剂CuO/γ-Al₂O₃具有有序的介孔结构,并且具有较大的比表面积以及均一的介孔结构,并且Cu元素均匀地分布在γ-Al₂O₃的表面.将该复合催化剂用于合成气直接制备二甲醚的反应,在空速1 500 h^-1、温度320 ℃、压力5 MPa的条件下,CO转化率最高达到68.8%、DME选择性达到59.0%.连续反应50 h后,CO转化率从68.8%降低至59.5%,DME选择性基本保持不变,催化剂部分失活的原因是由于铜元素部分发生了聚集.     

Ni/Al2O3催化剂上甲烷三重整制合成气

制备了负载于大孔容、高比表面的γ-Al2O3载体上的Ni基催化剂.采用固定床流动反应装置,考察了催化剂焙烧温度、反应条件(反应温度、压力、空速以及反应原料气组成)对甲烷三重整反应(TRM)制合成气的催化性能的影响.结果表明,650℃焙烧的催化剂具有较好的稳定性.在常压、850℃、10080h-1、n(CH4)/n(CO2)/n(H2O)/n(O2)=1/0.48/0.54/0.1的条件下,CH4转化率达到95.4%,CO2转化率达到84.6%,在此条件下连续运行9h未见活性下降.TRM反应适宜于在高温、低压下进行,原料组成的变化不会影响CH4转化率,但会影响CO2转化率和产物合成气的n(H2)/n(CO)比.     

Design and Synthesis of Powerful Capsule Catalysts Aimed at Applications in C1 Chemistry and Biomass Conversion

Tandem catalytic reaction is a promising strategy to improve the utilization efficiency of energy and resources. The conventional hybrid catalysts cannot readily realize the precisely controlled synthesis of target products due to the unrestricted, open reaction environment. Assembling the hybrid catalyst with multiple active sites into core‐shell structured capsule catalyst is one of the most effective ways to enhance the selectivity of desired products during a tandem catalysis process, because the core‐shell structure offers a space‐confined reaction field and synergistic effect. This review describes our recent progresses on the design and synthesis of core‐shell structured zeolite capsule catalysts developed for C1 chemistry and biomass conversion. The various synthesis methods for constructing the well‐defined zeolite capsule catalysts are described in detail. The applications of the capsule catalysts in catalysis, including the middle isoparaffins synthesis from syngas, one‐step synthesis of dimethyl ether, and liquid‐phase tandem reaction of glycerol conversion, are discussed, respectively. Our perspectives regarding the challenges and opportunities for future research in the field are also provided.     

铜纳米粒子负载于钴纳米片的双金属催化剂催化CO选择性加氢

使用赖氨酸作为表面活性剂模板, 合成了Cu纳米粒子负载于Co纳米片的双金属催化剂Cu/Co. 与常规的Cu-Co双金属纳米颗粒催化剂相比, Cu/Co催化剂对CO选择性加氢反应表现出特殊的结构效应, 提高了CO转化率和高级醇选择性, 降低了甲烷选择性. Cu/Co催化剂中, Cu(111)面与Co(100)面相互作用的功能化界面有利于深入研究金属-金属的相互作用. 这种双金属催化剂可以将模型催化剂和现实催化应用联系起来, 将有助于获得对合成气转化制高级醇反应机理的本质认识.     

Insights into the Diffusion Behaviors of Water over Hydrophilic/Hydrophobic Catalysts During the Conversion of Syngas to High-Quality Gasoline

Although considerable efforts towards directly converting syngas to liquid fuels through Fischer–Tropsch synthesis have been made, developing catalysts with low CO₂ selectivity for the synthesis of high-quality gasoline remains a big challenge. Herein, we designed a bifunctional catalyst composed of hydrophobic FeNa@Si-c and HZSM-5 zeolite, which exhibited a low CO₂ selectivity of 14.3 % at 49.8 % CO conversion, with a high selectivity of 62.5 % for gasoline in total products. Molecular dynamic simulations and model experiments revealed that the diffusion of water molecules through hydrophilic catalyst was bidirectional, while the diffusion through hydrophobic catalyst was unidirectional, which were crucial to tune the water-gas shift reaction and control CO₂ formation. This work provides a new fundamental understanding about the function of hydrophobic modification of catalysts in syngas conversion.     

FeMn、FeMnNa和FeMnK催化剂上合成气制低碳烯烃的比较(英文)

研究了钠、钾助剂对FeMn合成低碳烯烃催化剂结构及性能的影响.低温N2吸附、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、CO/CO2程序升温脱附(CO/CO2-TPD)、M?ssbauer谱和CO+H2反应的研究结果表明,增加Mn助剂含量促进了活性相的分散和低碳烯烃的生成,而过多锰助剂在催化剂表面的富集则降低了费托合成反应的CO转化率;钾助剂和钠助剂的加入均抑制了催化剂的还原并且促进了CO2和CO的吸附.比较还原后(H2/CO摩尔比为20)和反应后(H2/CO摩尔比为3.5)催化剂的体相结构可以发现,在FeMn、FeMnNa和FeMnK催化剂中,由于钾助剂的碱性和CO吸附能力较强,因此体相中FeCx的含量相对较高;而活性测试结果表明,FeMnNa催化剂拥有最好的CO转化率(96.2%)和低碳烯烃选择性(30.5%,摩尔分数).     

Multiple-functional capsule catalysts: a tailor-made confined reaction environment for the direct synthesis of middle isoparaffins from syngas

A capsule catalyst for isoparaffin synthesis based on Fischer-Tropsch reaction was designed by coating a H-ZSM-5 membrane onto the surface of the pre-shaped Co/SiO(2) pellet. Morphological and chemical analysis showed that the capsule catalyst had a core-shell structure. A compact, integral shell of H-ZSM-5 crystallized firmly on the Co/SiO(2) substrate without crack. Syngas passed through the zeolite membrane to reach the Co/SiO(2) catalyst to be converted, and all hydrocarbons formed with straight chain structure must enter the zeolite channels to undergo hydrocracking as well as isomerization in this tailor-made confined reaction environment. A narrow, anti-Anderson-Schultz-Flory law product distribution was observed on these capsule catalysts. Contrary to a mechanical mixture of H-ZSM-5 and Co/SiO(2), C(10+) hydrocarbons were suppressed completely on this novel capsule catalyst, and the selectivity of middle isoparaffins was considerably improved. The carbon number distribution of the products depended on the thickness of the zeolite membrane, and it was possible to selectively synthesize specified distillates, such as gasoline-range, or heavier hydrocarbons from syngas directly, by simply adjusting the thickness of the zeolite membrane of the capsule catalyst. This kind of capsule catalysts can be extended to various consecutive reaction systems as the shell and core components are independent catalysts for different reactions. At the same time, shape selectivity and space-confined effects can be expected for the reactant, intermediates and product of the sequential reactions.     

Designing a capsule catalyst and its application for direct synthesis of middle isoparaffins

A catalyst in the form of a capsule catalyst was prepared by coating HZSM5 membrane on a preshaped Co/SiO2 catalyst pellet. The capsule catalyst with HZSM5 membrane exhibited excellent selectivity for light hydrocarbon synthesis, especially for isoparaffin synthesis from syngas (CO + H2). Long-chain hydrocarbon formation was totally suppressed by the zeolite membrane. The modification of membrane and core catalyst significantly improved the catalytic properties of these new kinds of capsule catalysts.     

NiO@SiO_2核壳催化剂在浆态床中低温甲烷化研究

采用改进的Stber方法,可控制备出具有不同形貌的NiO@SiO_2核壳结构催化剂,并在浆态床反应器(320℃)上,对其合成气低温甲烷化性能进行评价;同时借助XRD、TEM、XPS和N_2物理吸附等方法对反应前后催化剂的物化性质进行了表征。研究表明,实验制备的催化剂形貌规整、粒径均匀,且具有较好的热稳定性。在相同的制备条件下,核颗粒粒径增大,其SiO_2壳层的厚度随之增加。在反应过程中,部分催化剂的核壳结构遭到破坏并出现SiO_2空壳,是CO与壳层内的Ni作用生成易迁移的Ni羰基化物种(Ni(CO)_x)所致。催化剂的甲烷化活性随着核颗粒粒径的增加呈现下降趋势;在不同的反应阶段,催化剂的失活速率存在明显差异,在反应的前20 h内,催化剂出现快速失活,20 h后失活缓慢,但是催化剂的甲烷选择性都保持在80%左右。催化剂的失活,一方面,是因为反应过程中,Ni核颗粒发生了长大;另一方面,是由于壳层中3-5 nm的介孔的减少以及催化剂比表面积、孔容的下降。     

Cu/Ni负载型Beta分子筛催化剂的乙醇水蒸气重整制氢催化性能研究

采用等体积浸渍的方式,在全硅Beta分子筛载体上担载Cu、Ni活性组分,制备出一系列xCuyNi-ABZ多功能乙醇水蒸气重整制氢催化剂。通过XRD、TEM、SEM-EDX以及XPS等多种表征手段,研究催化剂的结构特性、活性组分含量等因素对催化性能的影响,依据反应产物分布,揭示其作用机理。结果表明,以Beta分子筛为载体可促使活性组分以纳米颗粒的形式高度分散于载体表面,并且存在较强的载体-金属作用力。与传统SiO_2为载体催化剂相比,2.5Cu2.5Ni-ABZ催化剂具备良好的乙醇水蒸气重整催化性能,当反应温度为450℃,实现100%的乙醇转化率和67.23%的H_2选择性,且副产物CO(4.14%)、CH_4(5.65%)含量相对较低。这可归因于Cu和Ni活性组分间的高效协同作用,Cu具有良好的乙醇脱氢性能,生成反应中间体乙醛;在反应过程中,乙醛的重整和分解是两个受温度影响的竞争反应,Ni组分利用其较强的C-C键断裂能力,随温度的升高,乙醛重整反应占主导作用,生成目标产物H_2。通过对反应后样品分析表明,2.5Cu2.5Ni-ABZ催化剂具备良好的抗烧结和抗积炭催化性能。     

BiZrO_(x)/ZSM-5催化合成气直接芳构化的研究北大核心CSCD

使用超临界法制备纳米BiZrO_(x)金属氧化物与ZSM-5分子筛复合得到双功能催化剂用于合成气直接芳构化,研究了Bi/Zr比对BiZrO_(x)金属氧化物、BiZrO_(x)/ZSM-5双功能催化剂催化CO加氢反应性能的影响.结果表明,少量Bi掺杂在ZrO_(2)中显著促进了金属氧化物催化剂对H_(2)的吸附和解离,有利于合成气活化,同时有助于BiZrO_(x)金属氧化物表面获得高浓度和相对缺电子性的氧空位,提高了催化剂催化活性.合成气转化过程中,合成气转化能力与氧空位浓度呈正相关,Bi掺杂提高了CO的转化率和产物中芳烃的选择性.     

FeMn、FeMnNa和FeMnK催化剂上合成气制低碳烯烃的比较

研究了钠、钾助剂对FeMn 合成低碳烯烃催化剂结构及性能的影响. 低温N₂吸附、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、CO/CO₂程序升温脱附（CO/CO₂-TPD）、Mössbauer 谱和CO+H₂反应的研究结果表明,增加Mn助剂含量促进了活性相的分散和低碳烯烃的生成,而过多锰助剂在催化剂表面的富集则降低了费托合成反应的CO转化率;钾助剂和钠助剂的加入均抑制了催化剂的还原并且促进了CO₂和CO的吸附. 比较还原后（H₂/CO摩尔比为20）和反应后（H₂/CO摩尔比为3.5）催化剂的体相结构可以发现,在FeMn、FeMnNa和FeMnK催化剂中,由于钾助剂的碱性和CO吸附能力较强,因此体相中FeC_x的含量相对较高;而活性测试结果表明,FeMnNa催化剂拥有最好的CO转化率（96.2%）和低碳烯烃选择性（30.5%,摩尔分数）.