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助剂和制备方法对钌基氨合成催化剂活性与甲烷化的影响

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:20:40
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助剂和制备方法对钌基氨合成催化剂活性与甲烷化的影响【摘要】:本文采用N2物理吸附、CO化学吸附、XRD、XPS以及XRF等试验手段,对碳载体和钌催化剂进行一系列表征。并在一定温度和

【摘要】:本文采用N2物理吸附、CO化学吸附、XRD、XPS以及XRF等试验手段,对碳载体和钌催化剂进行一系列表征。并在一定温度和压力下,研究了活性炭载体的不同处理条件、不同还原方法,以及载体、助剂对钌基氨合成催化活性和甲烷化的影响。 结果表明,Cl-的存在对以Al2O3为载体的催化剂活性影响很大,对以活性炭为载体的催化剂影响较小。用水合肼作为还原剂,对催化剂进行液相还原能干净地除去以RuCl3为Ru前驱体而引入的Cl-,同时能防止还原后催化剂在大气气氛中的烧结,保持金属钌较高的分散度。而用H2进行气相还原的催化剂,催化剂上残留着较多的Cl-,同时当催化剂暴露在大气中时,活性金属粒子容易被烧结,使催化剂的活性降低。 高温处理能使活性炭部分石墨化,但处理后活性炭的比表面和比孔容急骤下降。经过氧化扩孔处理,能使热处理活性炭的多孔性得到不同程度恢复。活性炭被处理的温度越高,以它作为载体的催化剂甲烷化程度就越低,氨合成活性越高。对活性炭处理温度过高,其比表面和比孔容难以恢复,因而不适合作为载体。因此对活性炭的热处理温度有一个最佳值,此值约为1800℃。 各种助剂对氨合成反应的促进机理是不一样的:碱金属直接促进N2的解离吸附,碱土金属是通过氢吸附诱导促进N2解离吸附,而稀土氧化物是通过对消除氢的抑制作用而使合成氨速率有所提高。 碱金属与碱土金属对催化剂活性的促进效果与它们的电负性密切相关,电负性越小,则促进效果越好。 在反应温度下,KOH能很好地铺展在催化剂表面,促进甲烷化反应;而BaO和Sm2O3跟催化剂的接触角大,不能润湿催化剂,对甲烷化影响不大,而且它们能覆盖催化剂的部分甲烷化活性位,降低甲烷化反应活性。 多助剂对催化剂的促进效果比单助剂好,助剂中含有K和Ba的催化剂活性都比较高。但含K助剂的Ru/AC催化剂,在高温下比较容易发生甲烷化反应,因而含K催化剂的氨合成反应温度最好控制在425℃以内。 【关键词】: 氨合成 甲烷化 助剂 活性炭
【学位授予单位】:福州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TQ113.2
【目录】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-9
  • 第一章 文献综述9-28
  • 1.1 前言9
  • 1.2 氨合成反应的热力学和动力学9-12
  • 1.2.1 氨合成反应的热力学9-11
  • 1.2.2 氨合成反应的动力学11-12
  • 1.3 铁系氨合成催化剂的研究与进展12-15
  • 1.3.1 早期的氨合成催化剂12
  • 1.3.2 铁系氨合成催化剂12-15
  • 1.3.2.1 单活性金属-铁系氨合成催化剂13-14
  • 1.3.2.2 铁钴氨合成催化剂14
  • 1.3.2.3 含稀土的铁系氨合成催化剂14-15
  • 1.4 钌系氨合成催化剂15-24
  • 1.4.1 钌基催化剂的母体化合物16-18
  • 1.4.2 助剂18-20
  • 1.4.3 钌系氨合成催化剂的载体20-24
  • 1.4.3.1 活性炭载体21-22
  • 1.4.3.2 氧化物载体22-24
  • 1.4.3.3 其它载体24
  • 1.5 活性炭的甲烷化24-27
  • 1.6 课题的选择和方案设计27-28
  • 第二章 试验部分28-36
  • 2.1 主要试剂及仪器设备28-29
  • 2.1.1 主要试剂28
  • 2.1.2 主要仪器和设备28-29
  • 2.2 活性炭载体的预处理29
  • 2.2.1 活性炭的热处理29
  • 2.2.2 活性炭的氧化扩孔处理29
  • 2.3 钌催化剂的制备29-30
  • 2.4 催化剂的活性评价30-32
  • 2.5 催化剂的表征32-35
  • 2.5.1 N2物理吸附32-33
  • 2.5.2 CO化学吸附33-34
  • 2.5.3 H2-TPD34-35
  • 2.6 甲烷含量的测定35
  • 2.7 光电子能谱试验35-36
  • 第三章 不同还原方法制备的氨合成催化剂36-42
  • 3.1 引言36
  • 3.2 不同还原方法对Al2O3载钌催化剂氨合成活性的影响36-39
  • 3.2.1 催化剂的制备37
  • 3.2.2 催化剂的活性37-39
  • 3.3 不同还原方法对活性炭载钌催化剂活性的影响39-41
  • 3.3.1 以活性炭为载体的催化剂制备39
  • 3.3.2 催化剂的活性39-41
  • 3.4 小结41-42
  • 第四章 活性炭的预处理对催化剂性能的影响42-53
  • 4.1 引言42
  • 4.2 活性炭载体42-44
  • 4.3 活性炭载体甲烷化的研究44-50
  • 4.3.1 在恒温恒压下活性炭甲烷化速率与时间的关系44-45
  • 4.3.2 不同活性炭载体的甲烷化情况45-46
  • 4.3.2.1 不同活性炭载体的比表面和孔结构45-46
  • 4.3.2.2 不同活性炭的甲烷化情况46
  • 4.3.3 活性炭的石墨化46-47
  • 4.3.4 石墨化对活性炭表面织构的影响47-48
  • 4.3.5 活性炭的扩孔处理48-49
  • 4.3.6 活性炭石墨化对其甲烷化的影响49-50
  • 4.4 活性炭载体石墨化对催化剂活性的影响50-52
  • 4.4.1 载体的不同处理温度对催化剂活性的影响50-51
  • 4.4.2 不同活性炭的石墨化对催化活性的影响51-52
  • 4.5 小结52-53
  • 第五章 不同助剂对氨合成催化剂性能的影响53-72
  • 5.1 引言53
  • 5.2 不同助剂对催化剂氨合成活性的影响53-58
  • 5.3 Ru对催化剂甲烷化的影响58-60
  • 5.4 单一助剂对甲烷化的影响60-66
  • 5.4.1 助剂对活性炭甲烷化的影响60-62
  • 5.4.2 助剂对催化剂的甲烷化的影响62-63
  • 5.4.3 助剂添加量对甲烷化的影响63-65
  • 5.4.3.1 K添加量对催化剂甲烷化的影响63
  • 5.4.3.2 Ba添加量对催化剂甲烷化的影响63-64
  • 5.4.3.3 Sm添加量对催化剂甲烷化的影响64-65
  • 5.4.4 不同助剂对催化剂高温稳定性的影响65-66
  • 5.5 双助剂和多助剂对催化剂活性和甲烷化的影响66-67
  • 5.6 温度对含不同助剂的催化剂的活性和甲烷化的影响67-69
  • 5.7 压力对含不同助剂催化剂的活性和甲烷化的影响69-70
  • 5.8 小结70-72
  • 结 论72-74
  • 参考文献74-78
  • 作者简介78-79
  • 致谢79


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