SnCuO催化剂上甲烷的催化燃烧性能
甲烷燃烧催化
甲烷燃烧催化甲烷是一种常见的天然气，也是一种重要的燃料。
在工业和家庭中，甲烷被广泛用于供暖、烹饪和发电等用途。
然而，甲烷的燃烧会产生大量的二氧化碳和水蒸气，这对环境造成了不可忽视的影响。
为了减少甲烷燃烧排放对环境的负面影响，研究人员开发了甲烷燃烧催化技术。
甲烷燃烧催化是一种利用催化剂促进甲烷燃烧反应的技术。
催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质，它在反应中不参与化学变化。
在甲烷燃烧催化中，常用的催化剂包括铂、钯、铑等贵金属。
甲烷燃烧催化的原理是通过催化剂表面的活性位点吸附甲烷分子，使其发生氧化反应。
在催化剂的作用下，甲烷分子与氧气分子发生反应，生成二氧化碳和水。
催化剂能够提供一个更低的活化能，使反应更容易发生，并且能够选择性地促进甲烷的完全燃烧，减少有害气体的生成。
甲烷燃烧催化技术具有许多优点。
首先，它能够提高甲烷的燃烧效率，减少燃料的浪费。
其次，催化剂可以循环使用，降低了成本。
此外，甲烷燃烧催化还可以减少有害气体的排放，对改善空气质量和保护环境具有积极意义。
然而，甲烷燃烧催化技术也存在一些挑战。
首先，催化剂的选择和设计是关键。
不同的催化剂对甲烷的催化效果有所差异，需要根据具体应用场景进行选择。
其次，催化剂的稳定性也是一个重要的问题。
长时间的高温和高压环境可能导致催化剂的失活，影响催化效果。
为了克服这些挑战，研究人员正在不断努力改进甲烷燃烧催化技术。
他们通过调控催化剂的结构和组成，提高催化剂的活性和稳定性。
此外，一些新型催化剂的开发也为甲烷燃烧催化技术的进一步发展提供了新的可能性。
甲烷燃烧催化技术是一种有效减少甲烷燃烧排放的方法。
通过催化剂的作用，可以提高甲烷的燃烧效率，减少有害气体的生成。
然而，该技术仍面临着一些挑战，需要进一步的研究和改进。
相信随着科学技术的不断进步，甲烷燃烧催化技术将在环境保护和可持续发展中发挥更大的作用。
甲烷化催化剂及反应机理的研究进展
甲烷化催化剂及反应机理的研究进展甲烷化是指将一氧化碳和氢气催化反应生成甲烷的一种反应。
由于甲烷本身是一种重要的化学品和燃料，因此寻找高效的催化剂和研究反应机理受到了广泛的关注。
在过去的几十年里，科学家们在甲烷化催化剂及反应机理的研究方面取得了一系列重要的进展。
本文将对甲烷化催化剂的种类和催化机理进行综述。
一、甲烷化催化剂1、铜基催化剂铜是一种优秀的甲烷化催化剂，其在高温和高压下能够促进CO和H2生成甲烷。
铜催化剂通常由氧化铜和还原剂还原所得。
在铜催化剂中，钠或钾通常是常见的还原剂。
由于其热稳定性和催化活性，铜催化剂被广泛应用于工业上的甲烷化反应中。
钴是另一种常见的甲烷化催化剂元素。
与铜催化剂不同的是，钴催化剂需要在低温和中压下使用。
其具有优异的电化学性能，对于甲烷化反应的催化效果也很好。
钴催化剂通常由镁和钴盐还原所制得。
二、甲烷化反应机理甲烷化反应机理是指在甲烷化反应中，CO和H2分子在催化剂的作用下生成甲烷分子的过程。
目前，科学家们已经清楚地了解了甲烷化反应的一些关键步骤和机理。
以下是甲烷化反应的一般机理：1、CO的吸附甲烷化反应首先需要吸附CO分子到催化剂上，这个过程是通过甲烷化催化剂表面上的铜催化位点实现的。
在这个步骤中，CO分子与催化剂表面的催化位点形成吸附式。
2、氢分子的吸附甲烷化反应的另一个关键步骤是氢分子的吸附。
在催化剂上的氢催化位点中，氢分子吸附并形成吸附式。
3、CO的加氢在甲烷化反应的下一个步骤中，CO分子受到氢分子的加氢作用，生成CH3OH（甲醇）和CO2。
4、CH3OH的解离最后，甲醇分子经过催化剂表面的解离，生成甲烷分子。
这一步骤释放了活性汇集的甲烷分子。
综上所述，科学家们已经发现了甲烷化催化剂的种类和反应机理，进一步促进了甲烷化反应在各个领域的应用。
未来，科学家们还将继续研究新型的甲烷化催化剂和改进现有的催化剂，以进一步提高甲烷化反应的效率和可持续性。
甲烷催化燃烧催化剂催化理论与应用研究进展
do i:10.3969/j .iss n.1002-154X .2009.08.016甲烷催化燃烧催化剂催化理论与应用研究进展陆富生(淮安市产品质量监督检验所,江苏淮安223001)摘 要 概述了甲烷催化燃烧催化剂的研究现状,从组成甲烷燃烧催化剂的3个部分(基体、活性组分、氧化物载体)分别加以论述。
通过掺杂一些金属和金属氧化物,不但可以提高高活性贵金属催化剂的热分解温度,还可以提高高温催化剂(如钙钛矿和六铝酸盐材料等)的催化活性。
最后简要综述了甲烷催化燃烧反应机理。
关键词 催化燃烧 甲烷 贵金属催化剂 金属氧化物催化剂收稿日期:2009-07-15作者简介:陆富生(1981～),男,硕士生,从事催化材料方面的研究,E -mail:fnlfs@Research Progess of the Cat for M ethane Cat alyti c Co mbusti oni n the Theory and Appli cati onLu Fusheng(Huaian I nstitute of Supervisi on and I ns pecti on on Pr oduct Quality,J iangsu Huaian 223001)Abstract The recent research p r ogress and devel opments of the catalysts f or methane catalytic com -busti onwere described .The catalysts f or methane catalytic combusti on which was composed in three parts (base,active constit 2uent and oxide support )were als o discussed .It is shown that the additi on of metals and metal -oxides i m p r oves the ther mal stability of noble metal catalysts and metal -oxide catalysts such as per ovskites and hexaalum inates,and brings benefit t o activity in methane catalytic combusti on .Finally,the reacti on mechanis m f or methane catalytic com 2busti on was summarized si m p ly .Keywords catalytic combusti on methan noble metal catalysts metal -oxide catalysts 随着人们对环境污染和能源短缺问题的日益重视,天然气以储量丰富、价格低廉、使用方便、热效率高、污染小等优点,被认为是目前最清洁的能源之一。
新型La2CuMnO6和LaMnO3催化剂的甲烷燃烧催化性能比较
２１年 １ ０ １ Ｏ月
高 等 学 校 化 学 学 报
ＣＨＥＭＩ ＡＬＪ Ｃ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩ ＮＥＳ Ｅ ＵＮＩ ＶＥＲＳＴＩ Ｉ ＥＳ
Ｎｏ １ ．０
２ ９ ３ ６～２ ０１ ４
新 型 Ｌ ２ ｕ Ｏ 和 Ｌ Ｍｎ ３ 化 剂 的 ａＣ Ｍｎ ６ ａ Ｏ催 甲烷 燃 烧 催 化 性 能 比较
衍射峰峰形较弱 ， 强度较低 ， 可知它的晶体结构生长不如 Ｌ：ｕ ｎ ａＣ Ｍ Ｏ 催化剂完善 ， 且在 ３ 。 ２ 等处出现
高 等 学 校 化 学 学 报
Ｖ １３ ｏ．２
分裂 ，说 明与 Ｌ：ｕ Ｏ 形成 不 一样 的 晶型 ．这 一பைடு நூலகம்结 果 从 表 １中催 化 剂 的 晶胞 参 数 计 算 也 得 到 了证 ａＣ Ｍｎ
Ｎ ．０ ０ １
陈 婕等 ：新型 Ｌ２ ｕ Ｏ 和 Ｌ Ｍｎ ３ ａＣ Ｍｎ ６ ａ Ｏ 催化 剂的 甲烷 燃烧催化性能 比较
２ ９ ３７
１ ３ 催化 剂 的性 能表征 ．
样品的 Ｘ Ｄ测试在 Ｄ Ａ Ｖ Ｎ Ｅ Ｘ射线衍射仪（ Ｒ ８Ｄ Ａ Ｃ 德国布鲁克公司 ） 上进行 ， ｕ陆 辐射源．红外 Ｃ
水 中， 搅拌得到透明溶液 ， 加入适量的柠檬酸使其充分络合 ， 水浴热缩 ， １０℃干燥 ， 于 ０ 将制备好的前 驱 物 于 ５０ｏ ０ Ｃ分解后 ， １０ Ｃ 在 １０ｃ下焙 烧 ３ｈ制备 出 １样 品双 层钙 钛 矿 型 Ｌ—ｕＭ ． 系 催化 剂 ， ａＣ ． ｎＯ体 为
了进行 比较 ，以同种方 法合 成 了 ２样品单层 钙 钛矿 型 Ｌ — — 系催化 剂． ａＭｎＯ体
明 ， ａＣ Ｍｎ 为六 方 晶系 ，Ｌ Ｍｎ 为 四方 晶系． Ｌ： ｕ Ｏ ａ Ｏ
甲烷制一氧化碳催化剂
甲烷制一氧化碳催化剂
甲烷制一氧化碳的催化剂通常是指用于将甲烷氧化成一氧化碳
的催化剂。
甲烷氧化成一氧化碳是一种重要的化学反应，通常在工
业中用于生产一氧化碳和氢气。
催化剂在这个过程中起着至关重要
的作用，它能够降低反应的活化能，加速反应速率，并且选择性地
产生所需的产物。
常见的甲烷制一氧化碳催化剂包括金属催化剂和氧化物催化剂。
金属催化剂如镍、钴、铑等通常在高温下能够催化甲烷氧化反应，
而氧化物催化剂如氧化铜、氧化锌等则在相对较低的温度下表现出
良好的催化活性。
此外，还有一些复合催化剂，如氧化铜和锌的复
合物，具有更高的催化活性和稳定性。
从催化机理的角度来看，甲烷制一氧化碳的催化剂通常涉及到
氧化还原反应和表面吸附反应。
在氧化还原反应中，甲烷分子被氧
气氧化成一氧化碳和水，而在表面吸附反应中，甲烷和氧气分子被
吸附到催化剂表面并发生反应。
此外，催化剂的选择对于甲烷制一氧化碳的反应条件也有很大
影响。
例如，催化剂的晶体结构、比表面积、孔径大小等都会影响
催化剂的活性和选择性。
同时，反应条件如温度、压力、反应气体的组成等也会对催化剂的性能产生影响。
总的来说，甲烷制一氧化碳的催化剂是一个复杂而重要的研究领域，涉及到催化剂的种类、催化机理、反应条件等多个方面。
科学家们在不断地探索新的催化剂材料和改进反应条件，以提高甲烷氧化成一氧化碳的效率和选择性，这对于清洁能源和化工领域具有重要意义。
甲烷燃烧文档
甲烷燃烧概述甲烷是一种无色、无味的气体，是天然气的主要组成成分之一。
它具有高燃烧性，是一种常用的燃料。
本文将介绍甲烷燃烧的原理、过程及其应用。
燃烧原理燃烧是一种氧化反应，在有足够氧气存在的情况下，燃料与氧气发生化学反应产生热能。
甲烷燃烧可以表示为如下的化学方程式：CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O根据方程式可以看出，甲烷燃烧的产物主要是二氧化碳和水。
这种反应放出大量热能，因此甲烷是一种非常有效的燃料。
燃烧过程甲烷燃烧的过程可以分为三个阶段：点燃阶段、燃烧阶段和熄灭阶段。
点燃阶段在点燃阶段，需要提供足够的能量来使甲烷与氧气发生反应。
一旦点燃，甲烷将开始燃烧并产生火焰。
在燃烧阶段，甲烷与氧气反应产生二氧化碳和水。
这个过程中会释放出大量的热能，使甲烷燃烧持续下去。
熄灭阶段在熄灭阶段，当甲烷供应不足或者氧气不再完全时，燃烧过程会停止，火焰会逐渐熄灭。
应用甲烷燃烧在工业和日常生活中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用示例：发电甲烷燃烧被广泛应用于发电厂，通过燃烧甲烷产生的热能驱动蒸汽涡轮发电机，以产生电能。
加热甲烷燃烧可以产生高温，因此被用于加热、采暖和烹饪等应用中。
例如，在家庭中，甲烷被广泛用于燃气灶、燃气热水器等设备。
工业过程甲烷燃烧也常用于工业生产过程中的热能供应。
例如，许多化工厂会使用甲烷作为燃料来加热反应釜或提供工艺热。
甲烷也可以作为一种替代燃料应用于汽车。
天然气车（CNG车）使用压缩天然气（包括甲烷）作为燃料，具有环保和节能的特点。
安全性甲烷是一种易燃气体，对人体和环境具有一定的危害。
在甲烷燃烧过程中，需要注意以下安全事项：•要保证燃烧区域的通风良好，避免甲烷积聚过多导致爆炸危险；•避免甲烷泄漏，因为甲烷是无色无味的，一旦泄漏很难察觉；•使用甲烷燃气设备时，要进行安全阀和泄漏报警器的检查和维护。
结论甲烷燃烧是一种高效、常用的能量转化方式。
它在发电、加热、工业生产和交通运输等方面具有广泛的应用。
甲烷催化燃烧催化剂的研究进展
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武汉大学学报 ! 理学版 "
第( )卷
在纳米尺度内输运 Q 这就说明在富氧 条 件 6完成的 , 为 活 性 相# 而Q 下# Q : L 极易 形 成 # 6主 要 保 持 金 属 状态 , 对 负载型 Q 少 量 还 原比 完 全 氧 : 催化 剂来 说 # 化或完全还原处理 的 金 属 粒 子 催 化 活 性 高 # 且比完
!! 随着人们对环境污染和能源短缺问题的日益重 视# 天然气以储量丰富 & 价格低廉 & 使用方便 & 热效率 高& 污染小 等 优 点 # 被认为是目前最清洁的能源之 一, 但由于其主要成分甲烷的燃烧温度很高 ! # 天然气 在 空 气 中 的 燃 烧 产 物 5L )& " " k" K L I# 等也可造成环境污 染 , 催化燃烧被认为是解决这一 问题最有效的途径 , 甲烷是最稳定的烃类 # 通常很难活化或氧化 # 且 甲烷催化燃烧工作 温 度 较 高 # 燃烧反应过程中会产 生大量水蒸气 # 同时天然气中含少量硫 # 因此甲烷催 化燃烧催化剂必须具备较高的活性和较高的水热稳 定性 # 以及一定的抗中毒能力 , 而通常催化剂活性与 稳定性是矛盾的 # 因此开发高效稳定的甲烷低温催 同时 化燃烧催化剂引起 国 内 外 研 究 者 极 大 的 兴 趣 # 进行了大量相关研究 # 并取得了一定的成果 , 关于甲 烷催化燃烧反应催 化 剂 的 制 备 及 性 能 已 多 有 报 道 , 目前研究较多的是 Q # # : Q 6 M /# > . 等贵金属催化 剂 和金属氧化物催化剂 ,
甲烷催化燃烧技术基础研究
甲烷催化燃烧技术基础研究一、本文概述《甲烷催化燃烧技术基础研究》一文旨在对甲烷催化燃烧技术进行全面深入的基础研究探讨。
甲烷作为天然气的主要成分，具有清洁、高效、低碳排放等优点，因此，其在能源利用和环境保护领域具有广泛的应用前景。
然而，甲烷的催化燃烧过程涉及复杂的化学反应和动力学机制，因此，对其进行系统的基础研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文将首先介绍甲烷催化燃烧的基本原理和反应过程，包括催化剂的种类、活性位点的形成、反应路径的选择等方面。
然后，文章将重点探讨甲烷催化燃烧过程中的催化剂设计、制备和性能优化，以及反应动力学和反应机理的研究。
文章还将关注甲烷催化燃烧技术在不同领域的应用现状和发展趋势，包括能源、环保、化工等领域。
通过对甲烷催化燃烧技术的深入研究，本文旨在揭示其反应本质和规律，为催化剂的改进和优化提供理论基础，为甲烷的高效、清洁利用提供技术支撑。
本文的研究成果也将为相关领域的研究提供有益的参考和借鉴。
二、甲烷催化燃烧技术概述甲烷催化燃烧技术是一种高效、环保的能源利用方式，其基本原理是在催化剂的作用下，使甲烷在较低的温度下发生燃烧反应，生成二氧化碳和水。
相比于传统的火焰燃烧，催化燃烧具有更高的能量转化效率和更低的污染物排放，因此在能源、环保等领域具有广泛的应用前景。
甲烷催化燃烧的核心是催化剂的选择和设计。
催化剂需要具有高的催化活性、稳定性和选择性，以确保甲烷能够高效、安全地转化。
目前，常用的催化剂主要包括贵金属催化剂、过渡金属催化剂和复合催化剂等。
这些催化剂在催化燃烧过程中，通过提供活性位点和降低反应活化能，促进甲烷的分解和氧化，从而实现高效燃烧。
甲烷催化燃烧技术的应用范围广泛，包括家庭用燃气热水器、工业锅炉、燃气轮机、燃料电池等领域。
在这些应用中，催化燃烧技术不仅可以提高能源利用效率，减少能源浪费，还可以降低污染物排放，改善环境质量。
特别是在燃气轮机和燃料电池领域，催化燃烧技术是实现高效、清洁能源利用的关键。
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收稿日期:2002207219. 第一作者:周长军,男,1976年生,硕士,现在美国攻读博士学位.联系人:朱月香.Tel:(010)62751718;Fax:(010)62753937;E 2mail:zhu yx@.基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G2000077503)和国家自然科学基金资助项目(29803001).文章编号:025329837(2003)0320229204研究论文:229～232SnCuO 催化剂上甲烷的催化燃烧性能周长军, 林 伟, 朱月香, 谢有畅(北京大学化学与分子工程学院分子动态与稳态结构国家重点实验室,北京100871)摘要:采用双股并流共沉淀法制备了SnCuO 系列催化剂,测定了它们对甲烷燃烧反应的催化活性及抗硫中毒性能,并采用XRD,BET,XPS,DTA 2TG 和FT 2IR 等技术对催化剂进行了表征.比表面积和活性测试结果表明,SnCuO 系列样品的比表面积均大于纯氧化物,其低温催化活性大大高于纯氧化物.在Sn ΠCu 原子数比接近1时,其比表面积最大(超过100m 2Πg ).具有最大比表面积的样品SnCu4和SnCu5的活性最高.进一步测定了SnCu4样品的抗硫中毒性能.结果发现,在500℃下,反应刚开始时甲烷的转化率为98%,随着SO 2的不断通入,催化剂的活性逐渐降低,到12h 后基本稳定,此时甲烷转化率仅为50%.采用FT 2IR 和热重分析方法对SnCu4硫中毒的机理进行了研究,发现其中毒原因在于SnCuO 系列催化剂中的CuO 与SO 2反应几乎完全转化为CuSO 4,导致催化剂活性降低.关键词:甲烷,催化燃烧,氧化锡,氧化铜,硫中毒中图分类号:O643 文献标识码:ACatalyticCombustionofMethaneoverSnCuOCatalystsZHOUChan gjun ,LINWei ,ZHUYuexian g3,XIEYouchan g(State Key Laborator y for Structural Chemistr y of Unstable and Stable S pecies,College of Chemistr y and MolecularEngineerin g ,Peking Universit y ,Beijin g 100871,China )Abstract :Catalyticcombustionofmethaneisaneffectivewa ytoutilizeitasanener gysource,orto preventit from pollutin gtheatmos phere.Itwasfoundthatthebinar ymetaloxidesbasedonSnO 2displayed quitehi ghac 2tivit yforthedee poxidationofmethane.Thebinar ySnCuOcatal ystswere preparedb yamodifiedco 2precipitati 2onmethodandcharacterizedb yXRD,BET,XPS,DTA 2TGandFT 2IR.Thecatal yticactivit yofthecatal ysts formethanecombustionaswellastheirresistancetosulfur poisoningwereinvesti gated.Theresultsshowedthat thesurfaceareasofallSnCuOcatal ystsarebi ggerthan pureSnO 2orCuO,es peciallyforthesam pleswithn (Sn )Πn (Cu )≈1,theirs pecificsurfaceareasarebi ggerthan100m 2Πg.Thecatal yticactivit yofthecatal ystsat lowtem peratureishi gherthan pureSnO 2orCuO.SnCu4andSnCu5withthebi ggests pecificsurfaceareashow thehi ghestcatal yticactivit y.Forsam pleSnCu4,theresistancetosulfur poisoning,whichisanim portantfactor forthecatal ysts,wasalsoinvesti gated.SO 2wasaddedintothesource gas (φ(SO 2)=0102%)andthecatal ytic activit ywasmeasuredat500℃.TheCH 4conversionwas98%atthebe ginnin g,butdecreased graduallyand keptstableafter12hwithCH 4conversionof50%.Themechanismofsulfur poisoningwasfurtherstudiedb y FT 2IRandDTA 2TGmethodsanditwasfoundthatthedeactivationofthecatal ystsunderSO 2isduetotransfor 2mationofCuOintoCuSO 4.Ke ywords :methane,catal yticcombustion,tinoxide,co pperoxide,sulfur poisoning 通过催化燃烧将有机废气转化为无害的CO 2和水是处理有机废气的有效方法.甲烷是一种工业生产中大量排放的废气,采用催化燃烧的方法将其转化,不仅可以消除它对大气的污染,而且还可以回第24卷第3期 Vol.24No.3催 化 学 报ChineseJournalofCatalysis2003年3月 March2003收利用燃烧释放的能量[1].甲烷催化燃烧的体系很多,所用催化剂有贵金属催化剂[2,3]、钙钛矿型复合氧化物[4]及二氧化锡基催化剂[5～7]等.CuO 是活性最高的过渡金属氧化物催化剂之一[1];据Kumme 2r [8]报道,单位表面的CuO 对CO 氧化反应的催化活性与贵金属的相当.负载CuO 催化剂被认为是贵金属催化剂的潜在替代品.Cu 取代的六铝酸盐催化剂具有良好的热稳定性、耐水性和较高的甲烷燃烧活性,是具有应用前景的甲烷燃烧催化剂之一.Reyes 等[9]的研究表明,在负载Pd 催化剂中添加适量Cu 可以大大提高催化剂的催化活性和抗硫中毒能力.本文采用双股并流共沉淀法制备了SnCuO 系列样品,并用XRD,BET,XPS,DTA 2TG 和FT 2IR 等多种表征方法对样品的结构、催化性能以及硫中毒机理进行了研究.表2 SnCuO 系列样品上甲烷燃烧反应的转化率Table2 CH 4conversionoverSnCuOsam plesatdifferenttem peraturesSample X (CH 4)Π%300℃350℃400℃430℃450℃480℃500℃520℃550℃600℃SnO 2 2.3 4.711.422.934.661.680.293.699.099.0SnCu1 1.8 4.918.836.551.075.187.393.998.4SnCu2 4.08.129.251.268.087.894.397.5100.0SnCu37.813.934.959.373.689.495.297.997.997.6SnCu410.121.249.874.988.295.898.097.997.997.6SnCu57.815.539.463.779.692.896.598.498.298.1SnCu6 6.710.031.956.271.785.892.095.797.8SnCu7 6.57.030.562.176.488.392.895.897.9SnCu89.018.442.764.776.184.492.494.2CuO6.912.631.760.778.486.591.496.098.8Reactionconditions:V (CH 4)ΠV (air )=99,SV=20000h-11 实验部分1.1 催化剂的制备 将一定量的SnCl 42Cu (NO 3)2混合溶液与NaOH 溶液同时滴到NH 4HCO 3缓冲溶液中,用去离子水洗净沉淀中的Cl -后置于110℃烘干,再于600℃焙烧4h,即得SnCuO 系列样品.表1列出了各样品的组成和比表面积.表1 SnCuO 系列样品的组成和比表面积Table1 Compositionands pecificsurfaceareaofSnCuOsam ples Sample n (Sn )∶n (Cu )A Π(m 2Πg )Sample n (Sn )∶n (Cu )A Π(m 2Πg )SnO 210∶029SnCu55∶5110SnCu19∶182SnCu64∶644SnCu28∶290SnCu73∶737SnCu37∶370CuO0∶1015SnCu46∶41071.2 催化剂的表征 用日本理学D Πmax 2rA 型X 射线多晶粉末衍射仪测定样品的物相,Cu 靶,Ni 滤波片,管压40kV,管流100mA,扫描速度8°Πmin.用美国Micromerit 2icsASAP2010型比表面积和孔径分析仪测定样品的比表面积.用ESCALAB5型X 射线光电子能谱仪测定样品的XPS 谱,Al K α为激发源,管压10kV,管流40mA.用DuPont1090型热分析仪测定样品的DTA 2TG 谱,升温速率10℃Πmin.用Nicolet Magna 2IR750型红外光谱仪测定样品的红外光谱,KBr 压片.1.3 催化剂的活性测试 将催化剂粉末压片成型,取60～80目颗粒在固定床中测定其催化活性.空气Π甲烷体积比为99,空速为20000h -1.产物用气相色谱分析,色谱柱为Porapak 2Q (4m ),柱温90℃,分离后气体中的CO 和CO 2经Ni 转化炉转化为CH 4进入氢火焰检测器测定.SO2中毒实验在500℃下进行,反应气中预加入体积分数为0102%的SO 2.评价时间约为24h,以保证催化剂和SO 2作用达到平衡.2 结果与讨论2.1 SnCuO 体系对甲烷燃烧反应的催化活性 由表2可以看出,SnO 2对甲烷燃烧反应具有很高的催化活性,在550℃即可将甲烷完全转化.硝酸铜溶液经蒸干、焙烧制得的CuO 也具有很高的催化活性,且低温活性比SnO 2更高.SnCuO系列催化剂的低温活性与其比表面积有一定的关系,比表面积越大的样品其低温活性越高.但是,样品的高温活性与其组成有关.样品中Sn ΠCu 原子比较低・032・ 催 化 学 报第24卷时,随着样品中Cu 含量的增加,催化剂的高温活性逐渐升高;样品中Sn ΠCu 原子比较高时,催化剂的高温活性正好相反.有较大比表面积的SnCu4具有最高的催化活性,500℃下即可将98%的甲烷转化为CO 2,并且该催化剂的起燃温度(θ10)仅为300℃.与SnO 2不同,超过500℃时,SnCuO 系列催化剂的活性升高缓慢,直到600℃时仍不能将甲烷完全转化.与单组分SnO 2或CuO 相比,用共沉淀法制得的SnCuO 系列样品具有更大的比表面积;特别是两组分含量相近的SnCu4和SnCu5样品,其比表面积均超过100m 2Πg ,远大于单纯的SnO 2或CuO 的比表面积(见表1).图1 SnCuO 系列样品的XRD 谱Fig1 XRD patternsofSnCuOsam ples(1)SnO 2,(2)SnCu1,(3)SnCu2,(4)SnCu4,(5)SnCu5,(6)SnCu6,(7)SnCu72.2 SnCuO 体系的物相 SnCuO 系列样品的XRD 谱如图1所示.当样品中Cu 含量较低时,XRD 谱中只出现SnO 2的衍射峰.随着Cu 含量的增加,CuO 的衍射峰开始出现并且逐渐增强.未出现CuO 衍射峰的SnCu1,SnCu2,SnCu3和SnCu4样品中,SnO 2衍射峰的强度随着Cu 含量的增加而减弱,表明样品的结晶变差,晶粒变小.Cu 含量进一步增加时,SnO 2的衍射峰反而增强.SnO2衍射峰最弱的样品SnCu4和SnCu5具有最大的比表面积.这可能是由于CuO 在SnO 2表面的分散阻碍了SnO 2晶粒的长大,增大了样品的比表面积[10].未出现CuO 晶相的SnCu5样品中,其Cu 含量已超过按密置单层模型[11]计算的最大单层分散容量.这一方面可能是由于堵孔等原因,部分分散了CuO 的表面在用BET 法测定时未被测到,导致样品比表面积测定结果偏低,使计算的最大单层分散容量偏低;另一方面可能是由于CuO 与SnO 2形成了固溶体.但是,在样品中加入了5%的NaCl 作为内标,准确测定SnO 2衍射峰的峰位,结果没有观察到SnO 2衍射峰的任何位移,无法断定是否形成固溶体.因此,有关CuO 的存在状态尚需进一步研究.2.3 SnCu4样品的硫中毒机理 由图2可以看出,随着SO 2的通入,SnCu4的催化活性逐渐降低.未经SO 2处理时,SnCu4在500℃下几乎可将甲烷完全转化,而用SO 2处理12h 后,甲烷转化率仅为50%.图2 SnCu4催化剂在SO 2存在下对甲烷燃烧反应的催化活性Fig2 Catalyticactivit yofSnCu4forcombustionofmethaneinthe presenceofSO 2 (φ(SO 2)=0102%inCH 42SO 2) 由图3可以看出,SnCuO 经SO 2处理后出现了CuSO 4正交晶相(2θ=2113°,2511°,34125°和3711°).比表面积的测定结果表明,经SO 2处理后,样品的比表面积大大减小.未处理时SnCu4的比表面积为107m 2Πg ,处理后其比表面积为64m 2Πg.XPS 分析结果表明,经SO 2处理后,样品表面的Sn ΠCu 原子比由1115增加到1143.这是由于经SO 2处理后,相当一部分Cu 形成了CuSO 4晶相,从而使样品的比表面积减小,表面Cu 原子数量减少. 图4表明,经SO 2处理后,样品中有硫酸根存在.图中1145和1099cm -1处为硫酸盐的典型吸收峰;而在相同条件下测得的SnO 2,CuO 和SnCu4的FT 2IR 谱中不存在该吸收峰. 图5DTA 2TG 结果进一步证实,经SO 2处理后・132・第3期周长军等:SnCuO 催化剂上甲烷的催化燃烧性能图3 不同样品的XRD谱Fig3 XRD patternsofdifferentsam ples (1)SnCu4,(2)SnCu42SO2,(3)CuSO4ΠSnO2图4 不同样品的FT2IR谱Fig4 FT2IRs pectraofdifferentsam ples (1)CuO,(2)SnO2,(3)SnCu4,(4)SnCu42SO2图5 不同样品的DTA2TG谱Fig5 DTA2TG profilesofdifferentsam ples(1)SnCu4,(2)SnCu42SO2,(3)CuSO4ΠSnO2的样品中存在CuSO4.SnCu42SO2样品在500℃以上有一个很大的失重峰,失重率达1513%,与CuSO4ΠSnO2样品的失重率(1518%)接近,并且与理论失重率相近.因此可以认为,SnCu42SO2中的Cu几乎完全以CuSO4的形式存在.未经SO2处理的SnCu4样品在相同的温度下并无明显的失重.由此可见,催化剂失活是由CuO与SO2反应转化为CuSO4引起的.参考文献1 Zwinkels MFM,JarasSG,MenonPG.Catal Rev2Sci Eng,1993,35(3):3192 Spinicci R,TofanariA.A ppl Catal A,2002,227(1Π2): 1593 Ciuparu D,PfefferleL.A ppl Catal A,2001,218(1Π2):1974 Boon AQM,HuismanHM,GeusJW.J Mol Catal, 1992,75(3):2935 Wang X,XieYCh.A ppl Catal B,2001,35(2):856 周长军,朱月香,谢有畅.物理化学学报(ZhouChJ, 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