甲烷低温氧化催化剂制备及其性能研究

【摘要】： 将天然气资源中的主要成分甲烷转化为液体燃料甲醇是能源化工领域的重要化学反应。本文以探讨甲烷低温氧化催化剂为研究目的,采用离子交换法制备了Cu/ZSM-5,Cu-Au/ZSM-5催化剂,、利用ICP,XRD,XPS等手段表征其结构组成,研究了该催化剂在甲烷低温氧化反应中的催化性能。 1、以ZSM-5分子筛为载体,制备了Cu/ZSM-5催化剂。该催化剂的铜负载量为2.13%,其中铜组分以氧化铜状态均匀分散于分子筛载体上,金属颗粒的平均粒径为3.6 nm。以Cu/ZSM-5为催化剂,以含2%(V/V)甲烷的空气混合物为反应物,甲烷可在反应温度低至60℃时进行氧化反应。在60-150℃及10-20bar反应条件下,甲烷可高选择性(100%)转化为甲醇。在150℃,20bar,反应时间为3h,催化剂用量为0.1g的反应条件下,甲烷的转化率为31%,甲醇的选择性为100%。 2、以ZSM-5分子筛为载体,制备了金掺杂的Cu-Au/ZSM-5催化剂。其中铜和金的负载量分别为1.92%和0.11%。催化剂中铜以低价氧化态形式存在,金以三价态存在。金属组分均匀分散于载体表面,金属颗粒平均粒径为6.5 nm。金的掺杂不仅对催化剂中铜的氧化态有影响作用,而且使催化反应保持甲醇高选择性同时,甲烷氧化的转化率明显提高。在150℃、20bar反应条件下,甲醇的选择性和产率分别为100%和43%。此外,对金的掺杂作用进行了初步的探讨。 【关键词】：甲烷 低温氧化 氧化铜 金 甲醇 纳米催化
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 文献综述12-14
• 1.1.1 天然气的转化与利用12-13
• 1.1.2 国内外甲醇的生产消费及发展前景13-14
• 1.2 甲烷气固相部分氧化研究14-20
• 1.2.1 氧化反应14-15
• 1.2.2 催化机理15-17
• 1.2.3 过渡金属氧化物催化剂17-18
• 1.2.4 沸石催化剂18-19
• 1.2.5 其他催化剂19
• 1.2.6 甲烷气固相部分氧化反应的工艺条件和反应器形式研究19-20
• 1.3 沸石分子筛20-23
• 1.4 铜的催化作用23-24
• 1.5 金的催化作用24-26
• 1.5.1 CO的氧化25
• 1.5.2 丁烯醛选择加氢25-26
• 1.5.3 水煤气转换反应26
• 1.5.4 NO_X的还原26
• 1.6 催化剂制备理论26-28
• 1.6.1 载体的选择和处理27
• 1.6.2 浸渍液的选择27
• 1.6.3 浸渍过程的影响因素27-28
• 1.6.3.1 浸渍时间的影响28
• 1.6.3.2 浸渍液浓度的影响28
• 1.6.3.3 催化剂的干燥和焙烧28
• 1.7 本文研究目的及内容28-30
• 1.7.1 研究目的28-29
• 1.7.2 研究内容29-30
• 第二章 Cu/ZSM-5催化剂的制备及催化性能研究30-42
• 2.1 引言30-31
• 2.2 实验药品及仪器31
• 2.3 催化剂的制备31-32
• 2.3.1 ZSM-5分子筛的预处理31-32
• 2.3.2 Cu/ZSM-5分子筛催化剂的制备32
• 2.4 结构表征32-33
• 2.4.1 透射电镜(TEM)32
• 2.4.2 电感耦合等离子发射光谱(ICP)32
• 2.4.3 X射线衍射仪(XRD)32-33
• 2.4.4 X光电子能谱仪(XPS)33
• 2.5 甲烷催化氧化反应33
• 2.6 结果与讨论33-40
• 2.6.1 Cu/ZSM-5催化剂的TEM分析33-35
• 2.6.2 电感耦合等离子发射光谱(ICP)分析35
• 2.6.3 X射线衍射仪(XRD)分析35-36
• 2.6.4 X光电子能谱仪(XPS)分析36-37
• 2.6.5 反应温度对催化反应的影响37-38
• 2.6.6 反应压力对催化反应的影响38-39
• 2.6.7 催化剂用量对催化反应的影响39
• 2.6.8 反应机理分析39-40
• 2.7 小结40-42
• 第三章 Cu-Au/ZSM-5催化剂的制备及催化性能研究42-54
• 3.1 引言42
• 3.2 实验药品及仪器42-43
• 3.3 Cu-Au/ZSM-5催化剂制备43
• 3.3.1 ZSM-5分子筛的预处理43
• 3.3.2 Cu-Au/ZSM-5分子筛催化剂的合成43
• 3.4 Cu-Au/ZSM-5催化剂结构表征43-44
• 3.4.1 透射电镜(TEM)43-44
• 3.4.2 电感耦合等离子发射光谱(ICP)44
• 3.4.3 X射线衍射仪(XRD)44
• 3.4.4 X光电子能谱仪(XPS)44
• 3.5 甲烷催化氧化反应44-45
• 3.6 结果与讨论45-53
• 3.6.1 Cu-Au/ZSM-5分子筛催化剂颗粒的TEM分析45-46
• 3.6.2 电感耦合等离子发射光谱(ICP)分析46-47
• 3.6.3 X射线衍射仪(XRD)分析47
• 3.6.4 X光电子能谱仪(XPS)分析47-49
• 3.6.5 反应温度对催化反应的影响49-50
• 3.6.6 反应压力对催化反应的影响50-51
• 3.6.7 催化剂用量对催化反应的影响51-52
• 3.6.8 反应机理分析52-53
• 3.7 小结53-54
• 第四章 结论54-56
• 参考文献56-62
• 致谢62-63
• 研究成果及发表的学术论文63

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

氧化法合成环己酮（醇）的研究    关明

铜基催化剂催化氧化环己烷合成环己酮的研究    谷晓庆

金的催化作用    陶泳,高滋

中孔分子筛研究进展    陈逢喜,黄茜丹,李全芝

甲醇工艺新进展    张忠涛,李方伟,迟克彬,王桂芝,孔繁华

碳一化学技术进展    谢光全

在改性的V/SiO_2催化剂上甲烷部分氧化合成甲醇    王承学,李绍芬

沸石分子筛的表面改性技术进展    王绪绪,陈旬,徐海兵,付贤智

氯金酸的制备及其热分解    郑雅杰;郭伟;白猛;杨兴文;

掺杂Co的介孔SiO_2的制备与表征    张春;李村;吴振玉;王冬梅;康文斌;

低温水煤气变换催化剂的研究进展    张颖鹤;

荷叶黄酮的溶剂热提取及其抗氧化作用研究    靳素荣;覃巧松;徐瞾;周明全;胡中立;

Cu/Ce-HMS的合成    陈君华,陈庆榆,戚邦华,伏再辉

多晶含铜MCM-41型纳米材料的合成研究    陈君华,陈庆榆,戚邦华,段云,伏再辉

Fe/Ce-HMS纳米中孔材料的原位合成    陈君华,陈庆榆,戚邦华,黄顺军,伏再辉

ABO_3钙钛矿复合氧化物制备方法研究    杨丽丽,王志英

低温微波水热法制备氧化钇稳定氧化锆    赵青;杨阳;孙永欣;王绍钢;刘力;常爱民;

含联吡啶二羧酸的配位聚合物的溶剂热法合成    陈春雪,郭洪猷

聚合物[M(μ_2-bpdc)(H_2O)_2]n(M=Fe~(2+),Mn~(2+))的合成    刘妍;郭洪猷;

纳米分子筛MCM-41颗粒大小的控制    徐立冬;孙继红;戴洪兴;何洪;

DMF对有序介孔二氧化硅SBA-15形貌的调控研究    向菁;赵健全;沈新宇;童华;

介孔分子筛的制备方法及在汽油脱硫中的应用    袁涛红;李保山;

贵金属催化剂脱氢反应研究    臧明虹;朱路新;郑海琼;

低温微波水热法制备氧化钇稳定氧化锆    赵青;杨阳;孙永欣;王绍钢;刘力;常爱民;

X射线荧光法测定择形分子筛的硅铝比    吕伟娇;宿艳芳;

水热条件下钛酸钡粒子的自组装    朱哲渊;王丹;姚建曦;汪浩;

溶剂热合成纳米颗粒过程中溶剂作用的研究    吕波 ;张雪峰 ;朱旭光 ;雷军鹏 ;董星龙;

介孔微球原位合成ZnS纳米粒子    李翠燕;李耀霞;杨晓玲;朱以华;

介孔Y_2O_3:Er~(3+)上转换材料的制备与表征    赵鹏;杨晓玲;范开才;朱以华;

大豆球蛋白糖基化接枝改性及其热聚集行为研究    许彩虹

固体氧化物燃料电池钙钛矿型复合氧化物阴极材料的研究    于洁

锌基氧（硫）化锌微纳米结构的合成、表征、光电性质及生长机理研究    黄林勇

新型开放骨架结构亚磷酸锌和亚磷酸铁晶体的合成与性质研究    乔健

典型元素单质镁和氯的高压结构及性质    李培芳

溶剂热法合成不同形貌金属钴及磁性能研究    段连峰

沸石分子筛的形貌控制与催化吸附功能的研究    单志超

高温水热，溶剂热法合成稳定多功能化的介孔材料    刘福建

多金属氧酸盐—铜—氮杂环配合物的晶体工程研究    侯广峰

新型金属膦酸、亚磷酸盐开放骨架化合物的水热合成与结构表征    李会端

(MCM-41)-La_2O_3纳米复合材料的制备、表征及光学性质研究    赵紫军

介孔分子筛的合成及其孔道中脂肪酶固定化的研究    谷桂娜

介孔分子筛的制备及对木瓜蛋白酶固定化研究    孙伟杰

溶剂热技术合成硫化铁和硫化镍纳米粉体    郭传华

钨酸盐基荧光粉的制备及性能研究    易敏

YVO_4：Eu~（3+）纳米荧光粉核/壳结构的制备与性能研究    王正凯

以水溶性聚合物刷为模板合成银纳米粒子    栾苗

过渡金属—吡啶羧酸配位聚合物的合成与结构表征    金强

无机骨架过渡金属硫酸盐及沸石型配位聚合物的合成及表征    郭冬伟

氨基酸诱导的磷酸盐的水热合成、晶体结构及性质研究    孟连霞

纳米氧化铁的制备及其对环己烷氧化性能的影响    原伟伟;郭志武;靳海波;

负载钴催化剂的合成及其催化环己烷和甲苯选择氧化的研究    熊海,石峰,邓友全

壳聚糖固载的四苯基钴卟啉催化空气氧化环己烷    黄冠,李喜见,郭灿城

铋改性的钒磷氧化物液相催化氧化环己烷的反应机理    何笃贵;纪红兵;罗思睿;袁秋兰;

甲醇水相重整制氢原位还原苯乙酮制备α-苯乙醇    姜莉;祝一锋;项益智;李小年;

Ba修饰的Pd/Al_2O_3对苯酚液相原位加氢制环己酮反应的催化性能    王鸿静;项益智;徐铁勇;周汉君;马磊;李小年;

甲壳素铁卟啉制备及其催化空气氧化环己烷研究    黄冠,郭灿城

Au/ZSM-5催化选择氧化环己烷制环己酮和环己醇的研究    赵睿,吕高孟,季东,钱广,闫亮,王晓来,索继栓2

无溶剂体系中非均相催化剂催化环己烷氧化反应研究(英文)    杨丹红;赵文军;高林;

MeAPO-5(Me=Fe、Co、Mn)分子筛的制备、表征及催化环己烷氧化性能    陈胜洲;晏志强;刘自力;林维明;

环己基过氧化氢催化分解制备环己酮和环己醇工艺研究    李永祥;宋星星;吴巍;傅送保;闵恩泽;

(Fe)ZSM-5的水热稳定性及转化甲醇为低碳烯烃的反应性能    夏清华,陈国权,王清遐,蔡光宇

有机溶剂中高分子保护金属钴胶体的制备和表征    王茜,刘汉范

25—200℃氯化钠溶液中金配合物的喇曼光谱研究    刘玉山,J.Bartholomew

甲烷生物催化氧化制甲醇—甲基球菌3021中甲烷单加氧酶催化性能的研究    尉迟力,夏仕文,沈润南,李树本

强酸促进的W/HZSM-5基催化剂上甲烷非氧化脱氢芳构化    曾金龙,熊智涛,林国栋,张鸿斌

电镀用金盐的制造方法概要    王瑛

碳酸二甲酯下游产品的现状    向本琴

除湿材料研究进展    李鑫,李忠,韦利飞,肖静,肖利民

氰化法、硫脲法、水氯化法的比较与展望    刘谟禧

介孔硅基分子筛研究新进展    张兆荣,索继栓,张小明,李树本

适于天然气原位转化的催化剂研究    涂伟霞;刘伟;李清平;

离子液体与负载型金属催化剂用于甲烷直接氧化制甲醇的研究    李婷;王少君;于长顺;马英冲;李坤兰;林励吾;

甲基弯菌IMV 3011整细胞催化甲烷氧化合成甲醇的研究    刘婷婷,辛嘉英,徐毅,夏春谷,李树本

大力开发黄金工业材料市场    安立敦

介孔SiO_2负载的纳米金及其催化应用    李丽;季伟捷;区泽棠;

载体对负载型金催化剂上甲醛催化氧化的影响    李洪芳;刘雪松;郭存霞;刘统;罗孟飞;鲁继青;

金催化剂及其在化工中的应用研究进展    侯凯军;孟明;邹志强;

氧化铜／氧化锆甲醇合成催化剂的性能研究    刘源，钟炳，王琴，彭少逸

在气相色谱仪中使用金催化剂来进行氧化反应    卓宗一

高性能双原子层纳米金催化剂    

载体对纳米金催化剂用于CO氧化反应活性的影响    董园园;吕爱花;金明善;徐秀峰;索掌怀;安立敦;

固体多金属氧酸盐催化氧化甲苯和甲醇的电化学偶联反应的研究    陈锋涛;马红竹;王博;

CuCl/SiO_2-Al_2O_3催化甲醇液相氧化羰基合成碳酸二甲酯    孟凡会;任军;周媛;邢艳玲;李忠;

浅论甲醇储罐区的防火防爆设计    竹为民;

吹扫捕集气相色谱质谱联用法测定水中硝基苯含量    张凌云;

气相色谱法测定噻托溴铵中残留甲醇和二氯甲烷    孙红英;李菁;

高活性Ag／SiO_2-ZnO催化剂的制备及其催化甲醇脱氢制无水甲醛的研究    任丽萍;戴维林;范康年;谢在库;

低温甲醇合成催化剂的研究    赵天生;张堃;Noritatsu Tsubaki;周岱;

采用光声光谱技术检测白酒中甲醇含量研究    袁建英;刘先勇;

纳米铈锆固溶体催化甲醇和二氧化碳直接合成DMC的研究    张智芳;王伟;刘忠文;刘昭铁;

甲醇价格低迷仍将持续    大路

一朵忽先变 欲传春信息    本报记者 陈国兴

2月份进口甲醇近60万吨    钱伯章

二甲醚回暖刺激甲醇复苏    王孝弟

国产甲醇完成百万吨级设计    记者 刘方斌

端起别人的茶杯喝下的却是甲醇    迈庭

近期甲醇市场行情分析    辛文

年产40万吨甲醇汽(柴)油调制中心在安奠基    通讯员 邓向红 实习生 吴昭桥

甲醇行业：千亿投资难掩黯淡时光    顾鑫

甲醇市场行情下跌    郭华

CO低温氧化负载型纳米金催化剂的制备及催化性能研究    邹旭华

纳米多孔金属材料的设计、制备与催化性能研究    徐彩霞

用于一氧化碳低温氧化的负载型和复合型氧化铜基多孔纳米催化剂体系    曹建亮

铈锆固溶体负载氧化铜纳米催化剂催化还原NO的基础研究    刘连军

钛基改性含铂电催化涂层对甲醇的电氧化及其人工智能模拟    陈晓春

CuO/γ-Al_2O_3干法烟气脱硫研究    王雁

甲苯氧化甲基化制苯乙烯催化剂研究    董新法

金催化的开环反应研究    肖慧泉

天然气直接催化转化制乙烯催化剂及反应工艺研究    王开

甲烷部分氧化同时制取乙烯和合成气的研究    张海丽

甲烷低温氧化催化剂制备及其性能研究    刘伟

中国甲醇市场营销战略研究    王树生

排气污染的前处理——含氧燃料的开发利用    马勇骉

柴油——甲醇双燃料发动机试验研究    张军昌

超临界水氧化甲醇反应动力学模型    王毓

尿素法合成碳酸二甲酯的反应工艺及催化剂研究    茆福林

气—液—固三相床一步法合成二甲醚    衷小琴

Cu/分子筛及其水处理改性催化剂催化甲醇氧化羰基化的研究    李茜

碳纳米管负载金属镍催化甲醇羰基化反应的研究    朱瑜

二甲基醚/甲醇双燃料均质压燃燃烧数值模拟研究    梁霞