不同制备方法获得的Ag-RuCeO2催化剂的H2-TPR谱
钌基氨合成催化剂因具有操作条件温和、能耗低和效率高等特点, 被誉为继铁催化剂之后的“第二代氨合成催化剂”.钌基氨合成催化剂的助剂种类和作用机理已经被广泛研究. 在没有助剂的情况下, 炭负载型钌基氨合成催化剂氨合成活性几乎为零, 但加入碱金属或碱土金属以后氨合成催化性能会迅速提高.常用的助剂主要有碱金属、碱土金属和稀土金属及其氧化物等. 助剂在钌基氨合成催化剂中主要有两方面的作用: (1) 改变钌原子表面的静电场, 降低电子逸出功; (2) 增强钌和吸附氮分子的电子授受作用, 提高催化剂的转换频率(TOF).
助剂的加入方式及加入顺序对助剂发挥作用有直接的影响. 王晓南等发现助剂与活性成分Ru的浸渍顺序不同, 对催化剂的活性组分Ru的分散度和催化活性影响很大. 采用先浸渍助剂的催化剂氨合成工艺活性明显高于先浸渍钌的样品. 郑晓玲等分别采用分步浸渍法和共浸渍法制备双助剂钌催化剂, 发现分步浸渍制备的催化剂活性最高, 而且制备方法对双助剂Ru/C催化剂的孔分布也有一定影响. Aika等在考察Ni对Ru/CeO2催化剂的影响时发现, 载体还原程度的增加有利于提高Ru/CeO2催化剂氨合成活性; Saito等也有类似的结论, 即载体 MgO-CeO2还原程度的增加, 有利于提高催化剂的氨合成活性. 银能够促进二氧化铈表面氧的还原,而且研究发现不同制备方法制备的银催化剂其催化性能明显不同.
福州大学化肥催化剂国家工程研究中心林建新等人采用共沉淀法(CP)、改性沉淀沉积法(MDP)、浸渍法(IP)制备了Ag-Ru/CeO2催化剂, 并运用N2物理吸附、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、N2程序升温脱附(N2-TPD)等技术对其进行了表征, 考察了不同制备方法对Ag-Ru/CeO2催化剂氨合成性能的影响. 结果表明: 不同方法制备的催化剂, 银助剂对载体的还原性能和氮气的解离吸附性能的影响存在明显的差别, 从而影响了催化剂的氨合成活性,其中采用浸渍法制备的催化剂氮气解离吸附最强, 载体最易于还原, 因此催化剂低温氨合成活性最高, 在10 MPa, 10000 h-1, 400℃反应条件下, 出口氨浓度达到9.4%.