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题名: Ru基催化剂的制备、表征及催化加氢性能研究
作者: 王磊
答辩日期: 2014-05-22
导师: 高志贤 ; 吾满江·艾力
专业: 材料物理与化学
授予单位: 中国科学院大学
授予地点: 北京
学位: 博士
关键词: Ru基催化剂 ; 催化加氢 ; 马来酸二甲酯 ; 丁二酸二甲酯 ; 吸附-沉淀法
摘要: 与其它还原过程相比,催化加氢技术更加环保和高效,符合绿色化学发展的要求。加氢催化剂是催化加氢工艺的核心,因此其制备与改性方法就成为研究的重点。在贵金属加氢催化剂中,Ru基催化剂因其独特的优势而被更多的用于催化加氢过程中。本实验室前期开展了吸附-沉淀法制备Ru基催化剂的研究工作,制备出了具有优异催化性能的Ru催化剂,可在低温低压下高效实现马来酸及其酯的选择加氢。 结合前期研究工作,本论文以Ru基催化剂为核心研究内容,通过样品的制备、表征和催化性能评价,探讨了制备方法对催化剂性能的影响和吸附-沉淀法制备催化剂的的特性。在此基础上,采用吸附-沉淀法,通过添加不同的金属助剂对Ru催化剂进行改性,制备出了Ru-M/Al2O3(M:Ni、Fe)催化剂。以马来酸二甲酯加氢合成丁二酸二甲酯为探针反应,结合XRD、XPS、TPR、TPD等表征手段,对Ru-Ni/Al2O3与Ru-Fe/Al2O3催化剂的加氢性能及氧化还原性能进行了系统的研究。主要内容和结论如下: (1)Ru催化剂的制备、表征与催化性能 以Al2O3为载体,RuCl3.xH2O为活性组分前驱体,分别采用吸附-沉淀法与浸渍法制备了1.0 wt%Ru/Al2O3催化剂。以马来酸二甲酯催化加氢制丁二酸二甲酯为探针反应,考察了制备方法对催化剂性能的影响。 在反应温度70oC、压力1.0 MPa下,经相同活化方式处理后,采用吸附-沉淀法制备催化剂的活性高于浸渍法制备催化剂。 结合XRD、TPD、XPS等表征,揭示了催化剂制备方法与催化剂活性的关系。结果表明:催化剂中残留的氯离子覆盖了催化剂的活性中心,抑制了活性组分Ru对氢气的吸附与活化。与浸渍法相比,采用吸附-沉淀法制备样品可以有效的去除催化剂中的残留的氯离子,从而增强了活性组分Ru在反应温度下对氢气的吸附和活化能力,提高了催化剂活性。 (2)吸附-沉淀法制备Ru/Al2O3催化剂体系的特性 采用吸附-沉淀法制备了不同负载量的Ru/Al2O3催化剂,考察了还原活化条件和Ru的负载量对催化剂加氢性能的影响。结合TPR数据与活性评价结果,揭示了Ru的负载量、还原条件与催化剂活性的关系。结果表明:新鲜催化剂Ru/Al2O3上存在不同状态的Ru物种,催化活性主要来源于低温可被还原Ru物种(还原温度≤100oC),其所占比例随催化剂负载量增大而降低,即催化剂中Ru的利用效率随负载量增大而降低。基于以上结果,采用有效平均加氢速率可以更客观的反应催化剂活性的差别。 (3)Ru-Ni/Al2O3催化剂的制备、表征与催化性能 以Al2O3为载体,RuCl3.xH2O及Ni(NO3)2.6H2O为活性组分前驱体,采用吸附-沉淀法制备了系列Ru-Ni/Al2O3催化剂,考察了预处理条件和Ni的添加量对催化剂性能的影响。 随Ni负载量的升高,Ru-Ni双金属催化剂的活性呈现先升高后降低的趋势,在Ni:Ru的原子比为6:1时催化剂活最高。样品Ru1Ni6/Al-fresh在200oC还原所得催化剂活性与400oC还原所得催化剂无明显差别,平均转化速率达到了单组份Ru催化剂的1.5倍以上。 结合催化剂XPS、XRD、TPR表征,探讨了Ni的添加对催化剂性能影响的原因。结果表明: Ru与Ni之间的产生了相互作作用,Ni的加入促进了金属Ru在载体上的分散。 催化剂氧化还原稳定性测试的结果显示:高温还原活化Ru-Ni催化剂的氧化还原稳定性较好,原因可能是高温还原条件下Ru与Ni之间发生较强的相互作用,阻止Ru的烧结长大。 (4)Ru-Fe/Al2O3催化剂的制备、表征与催化性能 以Al2O3为载体,RuCl3.xH2O与FeCl3.6H2O为活性组分前驱体,采用吸附-沉淀法制备了系列Ru-Fe/Al2O3催化剂,以马来酸二甲酯催化加氢合成丁二酸二甲酯为探针反应,详细考察了Fe 的加入对Ru/Al2O3催化性能的影响。 评价结果表明,当Fe/Ru原子比小于2时,催化剂活性变化不大;但Fe/Ru 原子比大于或等于2时,催化剂活性有所增加;与Ru /Al2O3催化剂相比,Fe的加入改善了催化剂的氧化还原处理稳定性。 TPR、XPS及XRD表征的结果表明:Fe的加入,一方面提高了Ru在载体上的分散性;另一方面Ru与Fe之间相互作用,增强了Ru的给电子效应,可以提高催化剂对H2分子的活化能力,促进了加氢反应的进行。
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.xjipc.cas.cn/handle/365002/3403
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作者单位: 中国科学院新疆理化技术研究所

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王磊. Ru基催化剂的制备、表征及催化加氢性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2014.
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