活性炭为载体钌催化剂的制备及氨合成催化性能的研究

【摘要】： 本文以各种活性炭为载体，制备一系列钌催化剂。采用元素分析、物理吸附、化学吸附、程序升温还原、X射线粉末衍射和扫描电镜等实验手段，对炭载体和钌催化剂进行一系列表征，并在一定的温度和压力条件下对钌催化剂进行氨合成活性评价，详细研究载体、助剂、制备过程和使用条件对钌催化剂的金属分布状态及氨合成催化性能的影响。结果表明，具有高纯度、高比表面、较大比孔容、合理孔分布的活性炭载体能够对钌和助剂充分的分散，制备出活性较高的钌催化剂。活性炭经高温热处理能够消除非碳成分，改善活性炭的稳定性，同时也会使炭载体的比表面、比孔容急骤下降。进一步的氧化处理能够使热处理活性炭的多孔性得到不同程度的恢复。热处理温度越高，活性炭的稳定性越好，炭载体的比表面、比孔容和多孔性变得越难以恢复。因此，控制适当的热处理温度，对活性炭载体的性能有较大的影响。微波处理也能够简单方便地消除炭载体中的非碳成分，提高炭载体的稳定性，同时载体的比表面、孔体积又不会发生明显的变化，制备钌催化剂的活性和稳定性均明显提高。铯和钡是Ru/C催化剂的有效助剂，钡比铯具有更强的促进作用。对于钡铯双助剂钌催化剂，采用先钡后铯分步浸渍制备钌催化剂的活性不仅明显高于钡、铯共浸渍钌催化剂，而且也高于先铯后钡分步浸渍钌催化剂。探索活性炭为载体钌催化剂的制备过程、最佳使用条件和极限使用条件。结果表明，钌催化剂应在低于500℃条件下使用，还需要将活性炭载体进行石墨化处理，以增强炭载体和钌催化剂的稳定性。通过对钌催化剂与铁催化剂的性能比较，发现钌催化剂的活性不仅明显高于铁催化剂，如果采用铁-钌催化剂串用工艺，可进一步发挥钌催化剂的性能优势。