| 钌基及 Co3Mo3N 氨合成催化剂的研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 裴晓平 | |
| Thesis Advisor | 胡斌 ; 朱博超 |
| 2018-05-24 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工程硕士 |
| Department | OSSO国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 化学工程 |
| Keyword | 氨合成 钌基催化剂 Co3Mo3N Ce0.8Pr0.2O2 CeO2-ZrO2-Al2O3 Ammonia synthesis Ru-based catalyst |
| Abstract | 人类的繁衍离不开粮食，粮食的生产离不开化肥。据联合国粮农组织（FAO）的统计，化肥对粮食生产的贡献率占40%左右，而在三大化肥中，基于合成氨的氮肥是最主要的肥料。所以合成氨工业对世界的粮食生产作出了巨大的贡献，解决了人类因粮食不足而导致的饥饿和死亡问题。合成氨工业是现代化学工业的支柱产业，产量大，但是氨合成工业能耗比较大，尤其在现代社会强调节能和环境保护的大趋势下，能耗问题很突出。在氨合成工业中，氨合成催化剂是其主要核心部分。钌基催化剂是被誉为继铁基催化剂后的第二代催化剂，其在低温低压下具有较高的催化活性。另一方面，钌基催化剂本身具有很明显的缺点：金属钌的价格比较贵，容易氢中毒等缺点，使钌基催化剂在工业上很难推广。所以人们开始将目光转向合金催化剂，Co3Mo3N就是合金催化剂的代表。因此，本论文分为两部分：一部分集中于研究钌基催化剂；另一部分对Co3Mo3N催化剂进行简单的研究。 1.以Pr掺杂不同形貌的CeO2，形成不同形貌的Ce-Pr固溶体Ce0.8Pr0.2O（棒2状和立方块状）考察Ru纳米颗粒在不同形貌的Ce0.8Pr0.2O2上的电子性质及氨合成催化活性。通过TEM和HRTEM表征得到棒状的主要暴露的是(110)晶面和(100)晶面，其棒是沿着（110）晶面生长；立方块状的Ce0.8Pr0.2O2暴露的主要是（100）晶面。通过XPS和H2-TPR证明了不同形貌的Ce0.8Pr0.2O2的表面的电子结构及其组成不同。负载钌金属后，其Ce4+和Ce3+的相对含量发生变化，相应地其表面的氧空位的浓度也发生变化，说明了Ru和载体发生了相互作用。在400oC和1Mpa的测试条件下，Ru/r-Ce0.8Pr0.2O2氨合成速率是2297.1µmol/(g*h)，其活性高于同反应条件下的Ru/c-Ce0.8Pr0.2O2的氨合成反应速率887.6µmol/(g*h)。加入助剂Cs后，其Ru/r-Ce0.8Pr0.2O2氨合成速率ᨀ高到13698.6µmol/(g*h)，Ru/cCe0.8Pr0.2O2氨合成催化速率ᨀ升至7667.7µmol/(g*h)。最后,Ce0.8Pr0.2O2的形貌对钌基催化剂的氨合成反应活性的影响与载体暴露的晶面,表面组成以及电子结构有关。 2.通过共沉淀和分步沉淀分别制备了两种载体,分别为CZA-1(CeO2-ZrO2-Al2O3)载体和CZA-2(CeO2-ZrO2-Al2O3)载体，载体CZ-3(CeO2-ZrO2)作为对比。通过用XPS等手段表征发现，CZA-1,CZA-2制备出的催化剂其表面组成不同,如：Ru/CZA-2催化剂表面的氧空位浓度大于Ru/CZA-1催化剂表面的氧空位浓度。其原因是通过共沉淀方式制备出的CZA-1载体，其CeO2-ZrO2与Al2O3混合导致其CeO2-ZrO2裸露在表面的表面积减少；而通过分步沉淀的方式制备出CZA-2载体，其CeO2-ZrO2分布在Al2O3表面，暴露在外面的比表面增加，氧空位浓度增加，相应的钌基催化剂的催化活性比较高。氨合成催化活性测试也表明了Ru/CZA-2的催化活性比Ru/CZA-1的活性高。 3.我们对Co3Mo3N合金催化剂做了一些基本研究。我们采用硝酸钴，钼酸铵，氨水作为沉淀剂，NH3作为氮化气。通过XRD表征，其制备出的催化剂是Co3Mo3N催化剂。在0.1MPa,400oC的测试条件下,其氨合成速率是677.20µmol/(g*h)，其活性比商业用的铁基氨合成催化剂的活性(330µmol/(g*h))高。随着压力ᨀ高至3MPa,其氨合成速率ᨀ升到6.79mmol/(g*h)。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/25214 |
| Collection | 羰基合成与选择氧化国家重点实验室（OSSO） |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 裴晓平. 钌基及 Co3Mo3N 氨合成催化剂的研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2018. |
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