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关键词：
程序升温氮化,程序升温还原,钌,钡,氮化硼,负载型催化剂,氨合成
发表时间：
2012-07-12 16:13:20
氮化硼载体对Ru_Ba_BN氨合成催化剂性能的影响
于陆 | -> | 1357| 0| 1.529289MB |程序升温氮化,程序升温还原,钌,钡,氮化硼,负载型催化剂,氨合成
摘要：研究了不同方法合成的氮化硼 (BN) 的性质及其负载的 Ru-Ba 催化剂对氨合成的催化性能. 采用 X 射线粉末衍射、N2 吸附-脱附、扫描电镜和傅里叶变换红外光谱等手段对所合成的 BN 样品进行了表征. 结果表明, 采用程序升温氮化和程序升温还原法均能在低于 900 oC 的条件下合成出较纯的六方相 BN, 其比表面积分别达到 103 和 138 m2/g. 其中前者负载 Ru-Ba 的催化剂活性更高, 在 475 oC, 10 MPa 和 10 000 h–1 的条件下出口氨浓度达 7.3%, 且在 550 oC 热处理 30 h 后, 活性基本保持不变.
负载型 Ru 基催化剂被认为是继熔铁之后的第二代氨合成催化剂, 目前该催化剂主要采用活性炭、石墨化炭材料、氧化镁和镁铝尖晶石等为载体[1~6],其中以炭材料负载的 Ru 基催化剂活性最高. 然而炭载体在高温高压下容易发生甲烷化而流失. 寻找新的石墨化炭材料或类似载体材料是 Ru 基氨合成催化剂研究的重要方向. Liang 等[7]和 Li 等[8]研究发现,石墨化纳米炭负载的 Ru 基催化剂对氨合成的活性比活性炭负载的高得多, 而且甲烷化反应受到了一定程度的限制[8], 这可归因于炭纳米管的高纯度及石墨化结构; 但在大规模生产及催化剂成型等方面存在不足.
以白石墨著称的氮化硼 (BN) 具有优异的物化性质, 是一种很有潜力的氨合成催化剂载体材料[9].它的结构与石墨相似, 且在加氢反应中更稳定. 因此, BN 负载的 Ru 基催化剂可以有效地克服炭的流失. Jacobsen 等[10]研究发现, BN 负载的 Ba-Ru 催化剂具有很高的氨合成活性和稳定性. 林炳裕等[11]也研究了 BN 负载的 Ru 基氨合成催化剂, 发现合成的BN 负载的 Ru 基催化剂活性远不如相应商业催化剂的高. Kowalczyk 等[12]和 Szmigie 等[13]研究发现, BN经氨气处理后负载的 Ru 基氨合成催化剂活性显著提高.
通常情况下, BN 晶体的制备条件苛刻, 需要较高的温度 (900 oC 以上) 或较昂贵的有机前驱体如硼烷等[14], 且所得样品的比表面积较低, 不宜用于负载贵金属. 制备大比表面积、中孔丰富和石墨化程度较高的六方 BN 是提高催化剂活性的关键. Hou 等[15]在较低温度下采用氢气还原法合成了纯度较高的BN, 但未报道 BN 的比表面积; Rushton 等[16]研究了以中孔 SBA-15 为模板来制备大比表面积的 BN.Han 等[17]以活性炭为模板, 在 1 580 oC 合成了 BN, 其比表面积高达 168 m2/g. Postole 等[18]以有机硼烷为前驱体于 1 800 oC 合成 BN, 其比表面积达到了 148m2/g. 然而上述工作大都是在高温条件下, 使用较昂贵的硼烷前驱体完成的. 因此, 本文采用低温固相程序升温氮化和程序升温还原法制备大比表面积的BN, 并考察其负载的 Ru 基氨合成催化剂的活性以及耐热性能.
以白石墨著称的氮化硼 (BN) 具有优异的物化性质, 是一种很有潜力的氨合成催化剂载体材料[9].它的结构与石墨相似, 且在加氢反应中更稳定. 因此, BN 负载的 Ru 基催化剂可以有效地克服炭的流失. Jacobsen 等[10]研究发现, BN 负载的 Ba-Ru 催化剂具有很高的氨合成活性和稳定性. 林炳裕等[11]也研究了 BN 负载的 Ru 基氨合成催化剂, 发现合成的BN 负载的 Ru 基催化剂活性远不如相应商业催化剂的高. Kowalczyk 等[12]和 Szmigie 等[13]研究发现, BN经氨气处理后负载的 Ru 基氨合成催化剂活性显著提高.
通常情况下, BN 晶体的制备条件苛刻, 需要较高的温度 (900 oC 以上) 或较昂贵的有机前驱体如硼烷等[14], 且所得样品的比表面积较低, 不宜用于负载贵金属. 制备大比表面积、中孔丰富和石墨化程度较高的六方 BN 是提高催化剂活性的关键. Hou 等[15]在较低温度下采用氢气还原法合成了纯度较高的BN, 但未报道 BN 的比表面积; Rushton 等[16]研究了以中孔 SBA-15 为模板来制备大比表面积的 BN.Han 等[17]以活性炭为模板, 在 1 580 oC 合成了 BN, 其比表面积高达 168 m2/g. Postole 等[18]以有机硼烷为前驱体于 1 800 oC 合成 BN, 其比表面积达到了 148m2/g. 然而上述工作大都是在高温条件下, 使用较昂贵的硼烷前驱体完成的. 因此, 本文采用低温固相程序升温氮化和程序升温还原法制备大比表面积的BN, 并考察其负载的 Ru 基氨合成催化剂的活性以及耐热性能.
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