碳化硅催化剂载体分享 http://blog.sciencenet.cn/u/Guoxiangyun 中国科学院山西煤炭化学研究所 研究员

博文

碳化硅:新的催化剂载体材料

已有 6676 次阅读 2008-6-1 10:53 |个人分类:实验室故事|系统分类:科研笔记

2001年开始,我们组开始致力于高比表面积碳化硅及其在多相催化中的应用,已经能通过溶胶-凝胶过程制备出比表面积大于100平方米每克的多孔碳化硅。由于制备这种碳化硅比较难,所以一定要为它找一个对催化剂要求比较苛刻的反应,或者说其它材料不能胜任的催化反应。不然的话,谁还会用这么昂贵的东西!

甲烷部分氧化似乎就是为碳化硅量身定做的反应。我们知道甲烷是天然气和煤层气的主要成分。甲烷充分燃烧(完全氧化)会形成水和二氧化碳并释放大量热,在家里用天然气做饭和煤矿瓦斯爆炸主要就是这个反应。如果将甲烷在氧气不足的条件下部分氧化,就会生成一氧化碳和氢气。由于一氧化碳和氢气的混合气在工业上可合成甲醇和其它液体燃料(如汽油),所以被称为合成气。甲烷部分氧化虽然是一个强放热反应,但却只有在很高温度下才能发生。假如我们需要把甲烷的90%转化为合成气,就需要在有催化剂(一般为镍)的条件下把反应体系加热到900°C。在这个温度下,常用的催化剂载体如氧化铝就会和镍发生反应,使催化剂活性缓慢降低。同时由于氧化铝不导热,所以反应产生的大量热会在催化剂中形成“热点”,导致催化剂烧结,活性进一步降低。碳化硅化学性质稳定,在反应条件下不会与镍反应。而且,碳化硅导热性好,反应产生的热可迅速扩散开,避免在催化剂中形成“热点”。因此,碳化硅作载体有可能解决氧化铝催化剂存在的问题。

博士生孙卫中来组里后,我就让他考察碳化硅在甲烷部分氧化中的应用情况。经过几年工作,他发现碳化硅载体除了具有稳定性好和不产生热点的特点外,还具有一些突出的优点。一个优点是进行反应前不需要预还原。一般情况下,镍是以氧化镍的形式被负载在载体表面的,反应的时候要先用氢气把它还原成单质镍才具有催化活性。但碳化硅催化剂使用前并不需要氢气还原,实际上由于氧化镍和碳化硅载体之间的相互作用比较弱,反应物中的甲烷就把氧化镍还原了,这样就明显地减少了工艺流程。另一个优点是反应过程中“积碳”非常少,大约是氧化铝催化剂的三分之一。催化剂积碳是指反应过程中形成的碳覆盖了催化剂的活性中心(往往是单质的金属纳米颗粒),使催化剂活性降低。同时,他还发现高比表面的碳化硅在使用过程中表面容易发生氧化,比表面积只要大于30平方米每克就很好了。

这些结果与我开始时的预期基本一致,所以心里很高兴。但是,如果想要在大规模装置上应用,粉末状催化剂肯定不行,两下就把反应器堵死了,还得把催化剂做成圆球形或长条形的。通过单纯的挤压法恐怕不行,因为碳化硅太稳定了。加入粘结剂,一来会降低催化剂的表面积,二来在高温下是否稳定还不好说。怎样才能把碳化硅做成一定形状的呢?

看来,我们还得想新的办法。



http://blog.sciencenet.cn/blog-39232-27399.html

上一篇:在法国作博士后----耳朵里长了个小疖子
下一篇:把小米变成碳化硅

0

发表评论 评论 (5 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2019-8-23 05:57

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部