【摘 要】
：
甲烷储量丰富,价格低廉,具有催化转化制高附加值化学品的商用潜力。在国家“双碳”目标的驱动下,甲烷无氧直接转化过程因碳原子利用率高而备受关注,但由于反应受热力学限制,通常需Mo、Fe和Zn等金属作为活性中心的催化剂促进甲烷活化过程。金属Fe因原料便宜易得而成为潜在可行的活性金属物种,但常规负载型铁基催化剂存在严重的积碳和失活问题,难以实现工业应用。因此,本课题通过一步水热合成法制备HZSM-5型催化
论文部分内容阅读
甲烷储量丰富,价格低廉,具有催化转化制高附加值化学品的商用潜力。在国家“双碳”目标的驱动下,甲烷无氧直接转化过程因碳原子利用率高而备受关注,但由于反应受热力学限制,通常需Mo、Fe和Zn等金属作为活性中心的催化剂促进甲烷活化过程。金属Fe因原料便宜易得而成为潜在可行的活性金属物种,但常规负载型铁基催化剂存在严重的积碳和失活问题,难以实现工业应用。因此,本课题通过一步水热合成法制备HZSM-5型催化剂,并在其内部嵌入金属Fe及第二金属元素,探究双金属铁基分子筛催化剂对甲烷无氧转化制C2+化学品的催化性能影响,主要内容如下所示:首先制备了Fe-Na双金属催化剂,详细探究负载型和嵌入型双金属分子筛的晶型结构和反应性能区别。通过XRD和SEM表征可知两种催化剂均具有典型的ZSM-5分子筛结构,但催化甲烷无氧转化制C2+化学品的过程差异明显。在1 atm、750℃和2000 m L/(gcat?h)的反应条件下,常规负载型Fe-Na/HZSM-5催化剂失活速率较快,嵌入型Fe-Na@HZSM-5相比之下甲烷转化率更高且稳定性更好。通过调整分子筛硅铝比、两种金属负载量以及浸渍顺序优化Fe-Na@HZSM-5的制备过程,最终确定硅铝比为80,Fe金属与Na金属的负载量分别为5 wt%和0.5 wt%,以及先浸渍Na金属后浸渍Fe金属的方式更有利于甲烷无氧转化制C2+化学品反应的活性和稳定性。在1 atm、750℃和2000 m L/(gcat?h)反应条件下,5Fe-0.5Na@HZSM-5催化剂的最高转化率为8.2%,反应8小时后甲烷转化率仍处于4%以上。继续调整反应温度至720℃、700℃,甲烷转化率随反应温度的降低而减小,700℃反应条件下,甲烷最高转化率为4.2%,催化剂可稳定反应25小时以上。此外,本文采用不同金属助剂对铁基分子筛催化剂进行了改性研究。以分浸渍和水热合成相结合的方式制备6种5Fe-0.5X@HZSM-5催化剂（X=Na、Ga、Co、Zn、Au或Pt）,在750℃下进行反应测试。借助TG、XRD、NH3-TPD、H2-TPR和N2吸附脱附测试等表征手段对样品的性质进行分析。研究发现,第二金属的加入可改变活性铁金属的分散性,对催化剂的酸性和活性铁物种的还原性产生不同程度的影响,同时影响了催化甲烷无氧转化制C2+化学品的性能表现。Na的加入有助于催化剂的活性和稳定性的提高,甲烷最高转化率达8.2%。Ga的加入可将甲烷初始转化率提升至11.8%,但同时催化剂失活进程加速。Zn和Co的加入对催化剂稳定性的改善较为明显,反应8小时后转化率仅下降1%左右。贵金属Au的加入对CH4的转化活性及产物分布影响不大,Pt的加入改善了分子筛载体与活性金属组分之间的相互作用,产物中苯的选择性提高,最高可达71.3%。
其他文献
以中华鲟保护（荆州）基地建设项目总体规划为例,在设计中,从工程视角提出了6大物种保护工艺方法:原生态全时空自然模拟,全周期重特质物种呵护,尚文保育形体打造鲟馆,绿色零碳工艺推崇节能,人鱼共存之景重塑家园,研普并重之势万世鲟乡。在这六种方法的基础上,我们亦从工程视角方面,在基地建设中,形成了如下五大保护工艺特色:立足规划、凝神生态、修复时空生境;聚焦国策、响应节能、打造绿色建筑;生命建筑、周期呵护、
多年来,鼓泡塔由于其设备成本低,传质和传热效率高等特点,被广泛应用于石油、生物、冶金、环境等工业过程。但其内部气液两相流体力学行为及传递特性复杂,使鼓泡塔反应器的设计、放大与优化存在难点。因此构建高精度、高效率的数值模型,准确描述鼓泡塔内气泡与液体的流动及传质行为具有重要意义。本文首次采用Wray-Agarwal（WA）单方程湍流模型耦合群体平衡模型（Population Balance Mode
碳达峰,碳中和是一场能源革命。作为这场能源革命的关键支撑技术,燃料电池受到了世界范围内的关注。但其阴极反应的动力学缓慢,电催化反应严重依赖贵金属催化剂,这在很大程度上阻碍了它们的实际应用。因此,开发高活性和低成本的阴极电催化剂是助力燃料电池商业化的关键一步。纳米纤维（NFs）作为一种新型的催化剂载体,具备可调的微结构和较大的比表面积,这有利于活性位点的暴露和气液传输,从而大幅提升器件性能。此外,得
臭氧氧化技术被广泛应用于有机废水的处理,但由于目前在传统的化工设备中还存在着臭氧（O3）溶解度较低,吸收效果较差等缺点,使得臭氧氧化技术在工业废水的应用有一定局限性。本论文采用一种新型的外壳固定、内轴旋转的旋转轴反应器（Rotating Bar Reactor,RBR）进行臭氧氧化有机废水研究工作。首先应用臭氧-水实验体系探究了RBR主体段的四种内结构下不同变量对传质性能的影响;然后改变主体段筛板
自从光催化技术问世,为新能源的发展以及环境保护指引了新的发展方向。探究高效的光催化剂是光催化技术发展的重要内容。金属硫化物因为其较小的带隙已成为可见光响应催化剂的适宜候选材料。其中,双金属硫化物因为具有更高的电导率、更低的带隙以及双金属之间的协同作用受到越来越多的关注。本文用水热法合成得到镍钴硫化物(Ni1.5Co1.5S4)纳米材料。通过控制水热合成时间,实现了对Ni1.5Co1.5S4结构形貌
随着现代科技的发展,电子元器件呈现出微型化的发展趋势,这对材料的导电性、导热性和防腐性能提出了越来越高的要求。基于此,本课题研制了一种兼具导电、导热和防腐性能的多功能涂层,对涂层的性能进行了表征并对涂层体系的失效过程进行了分析。主要结论如下:（1）以石墨作为导电填料,制备了石墨/聚氨酯涂层,研究了石墨添加量对涂层性能的影响。结果表明,随着石墨含量的增加,涂层的方阻不断减小,热导率逐渐增大,但是耐盐
苯乙烯是重要的石油化工资源,我国的苯乙烯产业还处于迅猛增长阶段。目前用于合成苯乙烯的方法大多数是乙苯脱氢法,该工艺用苯和乙烯为原料经过两步反应得到苯乙烯。甲苯侧链烷基化反应可以经过一步反应得到苯乙烯,但该方法要求催化剂要有酸碱双功能及一定的空间结构,层状氢氧化物（LDH）焙烧得到的层状复合氧化物（LDO）具备二维层状结构和酸碱位点,满足该反应的要求。本文通过共沉淀法在X分子筛上原位生长Co Al-
为了开展中华鲟（Acipenser sinensis）种质资源保存及其精原干细胞体外培养的研究,采用蛋白酶消化法,对中华鲟精巢组织细胞进行原代培养,建立了中华鲟精巢细胞系（Acipenser sinensis testicular cell line, AST）,经352d传代培养,已稳定传至80代。中华鲟精巢细胞系形态主要呈类纤维状,培养基为DMEM,培养温度为25℃,最适血清浓度为15%。正常
化石燃料的大量燃烧导致过量的CO2排放到大气中,造成了严重的环境问题,CO2资源化利用技术的研发迫在眉睫。在众多CO2资源化方法中,电催化还原CO2（ECR）因具有可结合清洁能源（如太阳能、风能、潮汐能等）、反应条件温和、能高效转化为高附加值产品等优势而受到越来越多的关注。ECR产物种类多样,如CO、HCOOH、CH4等C1产物以及C2H4、C2H5OH、n-C3H7OH等C2+产物,其中C2+产
自我效能感的高低影响学生自主学习能力的强弱以及学生的学业成绩。当前英语日常教学测试的种种弊端严重影响着学生的自我效能感。因此,日常测试的试题应以保护学生的学习积极性为基点,以培养学生的思维品质为目标,充分考虑学生的个体差异,遵循基础性、趣味性、发散性、层次性等原则,通过原创性命题帮助学生体验学习成就,建立考试自信,最终增强其学习自我效能感。