首页 > 学术论文

甲烷低温部分氧化催化剂制备及催化性能研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:05:05
热度:

甲烷低温部分氧化催化剂制备及催化性能研究【摘要】:天然气资源储量丰富,被认为是21世纪能够取代煤和石油的主要能源及化工原料,其消费也呈现出逐年高速增长的趋势。大部分天然气田位于边远

【摘要】:天然气资源储量丰富,被认为是21世纪能够取代煤和石油的主要能源及化工原料,其消费也呈现出逐年高速增长的趋势。大部分天然气田位于边远地区或者海底,而气体介质的远距离运输成本较高。油田伴生气由于利用成本高而采用焚烧放空的方式进行处理,既浪费能源又污染环境。天然气和油田伴生气的成分均为甲烷,将甲烷直接原位转化为便于运输的液体燃料(如甲醇),对充分利用边远地区及油田伴生气具有重要的意义。目前,甲烷直接催化氧化制甲醇主要集中于气固多相催化氧化及液相催化氧化,气固多相催化氧化体系转化率及选择性难以同时提高,液相催化氧化体系强酸介质对设备腐蚀高,均难以进行大规模工业应用。本文以金属负载的分子筛为催化剂,H2O2为氧化剂,在水介质中进行甲烷部分氧化反应,以期望能开发出新型的液相催化反应介质及其相应的催化剂。 本文以研制甲烷在水介质中低温氧化催化剂为目的,采用液相离子交换法制备了Fe/ZSM-5和Fe-Cu/ZSM-5催化剂,利用SEM、BET、ICP、XRD、XPS等方法对催化剂的组成结构及表面负载状况进行表征分析,并研究了其在水介质中催化甲烷低温氧化反应的催化性能。 (1)以HZSM-5分子筛为载体,制备了Fe/ZSM-5催化剂,活性组分Fe以Fe2O3的形式高度均匀的分散在载体ZSM-5表面及其孔道内,在硝酸铁浓度为0.015M时,Fe的负载量为1.51%。Fe/ZSM-5催化剂进行一次反应后,活性组分Fe的含量有所损失。在反应温度为50℃,反应压力为30bar,催化剂投加量为0.1g,1M的H2O2溶液30mL,反应时间为3h,搅拌速率为500rpm的最佳反应条件下,甲烷转化率为2.28%,甲醇产量可达33.20μmol。 (2)以HZSM-5分子筛为载体,制备了Fe和Cu共同负载的Fe-Cu/ZSM-5催化剂,Fe和Cu分别以Fe2O3和CuO的形式高度均匀的分散在载体ZSM-5表面及其孔道内,在硝酸铁和硝酸铜的浓度分别为0.015M和0.01M时,Fe和Cu的负载量分别为1.05%和0.92%。在优化后的反应条件下,甲烷转化率为2.31%,甲醇的产量为85.59μmol,表明Fe-Cu/ZSM-5催化剂在催化甲烷转化反应的过程中,Fe的负载有助于甲烷的活化,但是甲醇深度氧化反应的也同时发生;Cu的负载对甲烷转化活性的提高作用不明显,但有利于提高甲醇的选择性;Fe和Cu共同负载使得甲醇的产量及甲烷的转化均有显著的提高。 【关键词】:Fe/ZSM-5 Fe-Cu/ZSM-5 甲烷 甲醇 水介质 H2O2溶液 催化氧化
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:O643.36;TQ223.121
【目录】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-10
  • 第一章 绪论10-23
  • 1.1 甲烷部分催化氧化反应的研究意义10-11
  • 1.2 甲烷部分催化氧化制甲醇的国内外研究进展11-20
  • 1.2.1 均相气相氧化12-13
  • 1.2.2 气固多相催化氧化13-14
  • 1.2.3 液相催化氧化14-18
  • 1.2.3.1 强酸反应介质14-16
  • 1.2.3.2 醋酸和杂多酸混合体系16-17
  • 1.2.3.3 离子液体17
  • 1.2.3.4 水介质17-18
  • 1.2.4 其他催化氧化18-19
  • 1.2.5 小结19-20
  • 1.3 沸石分子筛催化剂20-21
  • 1.4 本论文研究的意义及内容21-23
  • 1.4.1 研究意义21-22
  • 1.4.2 研究内容22-23
  • 第二章 实验及分析方法23-30
  • 2.1 实验试剂与仪器23-24
  • 2.1.1 实验试剂23-24
  • 2.1.2 实验仪器24
  • 2.2 实验反应装置24-26
  • 2.3 实验方法及步骤26-27
  • 2.4 产物分析方法27-30
  • 2.4.1 气体组分分析27-28
  • 2.4.2 液相产物分析28-30
  • 第三章 Fe/ZSM-5 催化剂制备及催化甲烷转化性能研究30-43
  • 3.1 引言30
  • 3.2 Fe/ZSM-5 催化剂的制备30-31
  • 3.3 Fe/ZSM-5 催化剂的表征分析方法31-32
  • 3.3.1 扫描电镜(SEM)31
  • 3.3.2 比表面积及孔径(BET)31
  • 3.3.3 电感耦合等离子发射光谱(ICP)31
  • 3.3.4 X 射线衍射仪(XRD)31
  • 3.3.5 X 射线光电子能谱仪(XPS)31-32
  • 3.4 甲烷低温部分催化氧化反应32
  • 3.5 Fe/ZSM-5 催化剂表征结果分析32-36
  • 3.5.1 SEM 结果分析32-34
  • 3.5.2 BET 结果分析34
  • 3.5.3 ICP 结果分析34-35
  • 3.5.4 XRD 结果分析35
  • 3.5.5 XPS 结果分析35-36
  • 3.6 Fe/ZSM-5 催化甲烷低温部分氧化反应的性能36-41
  • 3.6.1 不同 Fe 理论负载量对甲烷转化反应效果的影响36-37
  • 3.6.2 反应温度对甲烷转化反应效果的影响37-38
  • 3.6.3 反应压力对甲烷转化反应效果的影响38-39
  • 3.6.4 Fe/ZSM-5 投加量对甲烷转化反应效果的影响39-40
  • 3.6.5 H_2O_2投加量对甲烷转化反应效果的影响40-41
  • 3.6.6 反应时间对甲烷转化反应效果的影响41
  • 3.7 本章小结41-43
  • 第四章 Fe-Cu/ZSM-5 催化剂制备及催化甲烷转化性能研究43-58
  • 4.1 引言43
  • 4.2 Fe-Cu/ZSM-5 催化剂的制备43-44
  • 4.3 Fe-Cu/ZSM-5 催化剂的表征分析方法44
  • 4.3.1 扫描电镜(SEM)44
  • 4.3.2 比表面积及孔径(BET)44
  • 4.3.3 电感耦合等离子发射光谱(ICP)44
  • 4.3.4 X 射线衍射仪(XRD)44
  • 4.3.5 X 射线光电子能谱仪(XPS)44
  • 4.4 甲烷低温部分催化氧化反应44-45
  • 4.5 Fe-Cu/ZSM-5 催化剂表征结果分析45-49
  • 4.5.1 SEM 结果分析45-46
  • 4.5.2 BET 结果分析46-47
  • 4.5.3 ICP 结果分析47
  • 4.5.4 XRD 结果分析47-48
  • 4.5.5 XPS 结果分析48-49
  • 4.7 Fe-Cu/ZSM-5 催化甲烷低温部分氧化反应的性能49-57
  • 4.7.1 活性组分 Fe 和 Cu 的负载对甲烷转化反应效果的影响49-50
  • 4.7.2 Cu 的负载量对甲烷转化反应效果的影响50-51
  • 4.7.3 Fe 的负载量对甲烷转化反应效果的影响51-52
  • 4.7.4 反应温度对甲烷转化反应效果的影响52-53
  • 4.7.5 反应压力对甲烷转化反应效果的影响53-54
  • 4.7.6 Fe-Cu/ZSM-5 催化剂投加量对甲烷转化反应效果的影响54-55
  • 4.7.7 H_2O_2投加量对甲烷转化反应效果的影响55-56
  • 4.7.8 反应时间对甲烷转化反应效果的影响56
  • 4.7.9 搅拌速率对甲烷转化反应效果的影响56-57
  • 4.8 本章小结57-58
  • 第五章 结论与展望58-60
  • 5.1 研究结论58-59
  • 5.2 研究展望59-60
  • 参考文献60-67
  • 发表论文和参加科研情况说明67-68
  • 致谢68


您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

钙钛矿型La_0.8Sr_0.2FeO_3中的晶格氧用于甲烷选择氧化制取合成气    李然家,余长春,代小平,沈师孔

NO_x催化的甲烷气相氧化反应    阎震,寇元,肖超贤

含钒杂多酸催化发烟硫酸中甲烷液相部分氧化反应(英文)    陈立宇;杨伯伦;张秀成;董武;张小平;

发烟硫酸中Pd/C催化甲烷选择氧化制甲醇    魏新;叶林敏;祝明霞;袁友珠;

室温下钯-金属酞菁/分子筛复合催化剂催化甲烷选择氧化制甲醇    樊亚芳;王春雷;马丁;包信和;

水热老化对不同方法制备的Fe-ZSM-5用于NH_3选择性催化还原NO_x的影响    石晓燕;刘福东;单文坡;贺泓;

共沉淀法制备甲烷部分氧化制甲醇用多元复合氧化物催化剂    韩占生,潘卫,潘伟雄,赵炀,李晋鲁,朱起明,田金忠,黄宁表

我国能源利用现状对发展低碳经济的制约与对策    陈剑敏;田鸿雁;

Adsorption of Benzene and Propylene in Zeolite ZSM-5:Grand Canonical Monte Carlo Simulations    

高温焙烧处理对Fe-ZSM-5分子筛性能的影响    张宪国;郭泉辉;李建伟;李英霞;那英姿;

低温等离子体催化氧化甲烷合成甲醇的应用基础研究    陈琳

离子液体在液相色谱中的应用    胡庆兰;

离子液体及其在有机合成中的应用    王寿武,冯莉,陈双平,张聿平

Mo/La-Co-O催化剂上甲烷选择氧化制甲醇反应    张昕,贺德华,张启俭,叶青,徐柏庆,朱起明

直馏柴油NO_x~-空气催化氧化脱硫研究    唐晓东,税蕾蕾,刘亮

发烟硫酸中Pd/C催化甲烷选择氧化制甲醇    魏新;叶林敏;祝明霞;袁友珠;

无气相氧条件下La_(0.8)Sr_(0.2)Fe_(0.9)Co_(0.1)O_3钙钛矿氧化物的氧物种直接氧化甲烷    代小平;余长春;吴琼;

室温氯化铝-有机熔盐电沉积铝的研究进展    范春华;李冰;江卢山;

离子液体在聚合物材料加工中的应用    程凌燕;刘崴崴;张玉梅;王华平;

离子液体在生物质分离与转化中的应用前景    巩海永;夏新兴;

1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐光谱分析与计算    谷明信;何国田;李明;戴鹏飞;蒋和伦;

ZSM-5分子筛的绿色磷改性研究    何丽君;霍彩霞;白林;杨彩玲;康全艳;

Ag纳米微粒对离子液体抗磨性能的影响    李健;张晟卯;吴志申;张治军;党鸿辛;

用NMR和FT-IR方法表征离子液体电解质的结构    蒋子江;齐力;

Fe_2O_3中的晶格氧用于甲烷在熔融盐中的催化燃烧 (Ⅰ)催化剂的制备及性能表征    何方;王华;戴永年;

咪唑鎓化学研究    李潭清;周成合;谢如刚;

离子液体在活性药物成分中的应用    孟坤燕;齐明辉;洪鸣凰;陈金瑶;任国宾;

磷改性ZSM-5分子筛在甲醇制芳烃反应中催化性能的固体核磁研究    刘巍;乔健;贾臻龙;滕加伟;许中强;

动态宏观经济不确定系统的鲁棒圆盘极点配置    芮璐;

甘肃省羊产业发展概况、存在问题与应用对策    马友记;李杰;李海涛;

从单一到多元——城市道路交通规划价值导向分析    李惠敏;陈天;臧鑫宇;

微波加热典型物料制备高比表面积活性炭及演变机制    夏洪应

低温等离子体催化氧化甲烷合成甲醇的应用基础研究    陈琳

晶格氧部分氧化甲烷制取合成气的基础研究    魏永刚

新型烷基咪唑离子液体的合成及应用    单海霞

用于制备还原糖的植物纤维素的预处理方法研究    巩桂芬

离子液体电沉积稀土—铁族合金的研究    苏彩娜

新型电极材料光/电催化降解有机污染物及污染物化学能的综合利用    刘艳彪

组合多相催化技术及其在甲烷与小分子化合物耦合反应中的应用    王华

煤层甲烷变压吸附浓缩的研究    杨明莉

锑氧化物及锑钒复合氧化物催化剂上的甲烷选择氧化研究    张海东

分子筛负载二氧化钛的制备及光催化性能的研究    王宽岭

甲烷部分氧化制含氧化合物的研究    刘念

吸附法净化泥磷制取次磷酸钠尾气中PH_3的研究    谭娟

低浓度煤层气液相催化氧化反应研究    雷鹏

离子液体辅助制备纳米氧化钇与氧化钕    方军

新型碱性离子液体的合成及其催化制备生物柴油的研究    李雪菲

[EMIM]Br中Beta沸石催化蔗糖脱水制5-羟甲基糠醛    邱金丽

氨基酸离子液体-MDEA混合水溶液对CO_2的吸收研究    方诚刚

基于钌—膦配合物功能化离子液体的合成及催化性能的研究    周成亮

固载离子液体/金属Cu盐催化苯乙烯加成反应    王波

用天然沸石合成ZSM-5分子筛    张密林,景晓燕,裘式纶,王英姿

复合载体TiO_2/SiO_2的气相吸附法制备及MoO_3在其表面上的分散状态    邓存,段连运,徐献平,谢有畅

钙钛矿型复合氧化物LaFeO_3和LaCoO_3的光催化活性    杨秋华,傅希贤,王俊珍,孙艺环,曾淑兰

Na W Mn/SiO_2催化剂体系中W和Mn对甲烷氧化偶联反应的作用    季生福,李树本,张兵,刘育,许传芝

堇青石蜂窝陶瓷载体上ZSM-5及Anacime沸石的原位合成    王爱琴,梁东白,徐长海,孙孝英,关文,张涛

La_(1-x)Sr_xCoO_3钙钛矿在碱性溶液中的析氧电催化    王鹏,姚立广,王明贤,吴维

Na-W-Mn/SiO_2催化剂中的组分协同效应    陈宏善,牛建中,张兵,李树本

层状复合氧化物La_4BaCu_(5-x)M_xO_(13+λ)的制备、表征及对CO还原NO的活性    刘钰,杨向光,吴越

微波辐照下泡沫陶瓷担载镍催化剂上CH_4/CO_2 重整制合成气反应    徐兴祥,张劲松,杨永进,徐志军,扬振明

不同方法制备的Mo/HZSM-5催化剂上甲烷的芳构化反应    舒玉瑛,田丙伦,马丁,包信和,徐奕德

等离子体条件下分子氧和丙烯进行气相氧化反应的研究    郭明星

等离子体—催化活化二氧化碳制低碳化合物的研究    代斌

碱土金属对铁基催化剂F-T合成反应性能的影响    孙玉川

大气压下的介质阻挡放电对聚乙烯表面改性    王坤

ZSM-5系列催化剂改性及其用于MTP过程的工艺研究    黄瑞娟

绿色友好条件下甲烷强电离放电合成含氧化合物的研究    高洪辉

关于乙二醇装置甲烷致稳技术改造的可行性探讨    张德臣;

合成循环气中甲烷、氩气分析    胡新亚,刘立平

一株甲烷利用菌的分离、鉴定和性能研究    孔淑琼;佘跃惠;易绍金;魏力;黄晓武;冯志云;

甲烷直接转化研究进展    王华,刘中民

甲烷的芳构化    谢茂松

甲烷的制取及性质实验的再改进    任有良;刘萍;狄燕清;

稻田甲烷气排放与控制的研究    陶战;

固态甲烷的调查和研究现状    贾婧;

富甲烷气组分分析方法的改进    张红;陈锐;

甲烷在褐煤煤焦上的裂解反应研究    徐泽夕;吴晋沪;王洋;张东柯;

低浓度甲烷吸收过程分析及装置的试验研究    张增志;路锐;邢蕊峰;魏莉;王光;

北极现15万甲烷泄漏点 将严重影响全球气候    孝文

美与七国达成开发甲烷气协议    王俊鸣

新型催化剂可高效转化甲烷为甲醇    记者 顾钢

油田残余油生产甲烷潜力巨大    朱起煌

日本看好海底冰状甲烷    本报驻东京记者 吴仲国

甲烷存储运输有了新方法    刘霞

美国纽约污水变废为宝 甲烷气成为城市新能源    韦林娜

甲烷也能“粉末”化    刘霞

海底甲烷气泡可能是神秘沉船祸首    记者 毛磊

把二氧化碳埋起来    杨贵兰

甲烷可控转化新途径的研究    李疆

组合多相催化技术及其在甲烷与小分子化合物耦合反应中的应用    王华

非热等离子体促进甲烷活化转化的研究    黄亮

南海冷泉区甲烷渗漏过程的原位观测研究    徐翠玲

甲烷浓度检测新方法的研究    郭芬

Cryptophane A,E合成与表征及其甲烷敏感特性    龙海平

微细腔内甲烷自热重整催化产氢暂态特性数值模拟及实验研究    张苗

甲烷直接氧化制甲醇、甲醛的膜催化剂(ZrO_2-CaO)研究    罗儒显

甲烷芳构化:不同添加剂效应及特殊分子筛载体的研究    陈会英

甲烷低温部分氧化催化剂制备及催化性能研究    潘冬晖

零散气甲烷液化工艺及关键设备优化研究    王培龙

甲烷部分催化氧化制甲醇的研究    张小平

甲烷液相催化氧化制甲醇的工艺研究    陈自力

Baidu
map