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从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
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
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
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。
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GMT+8, 2024-9-27 06:24
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