钌催化剂
在一定的条件下对载体进行加热处理,从而得到具有一定结构和性能的催化剂载体。对于钌基氨合成催化剂,在使用活性炭为载体时,为了防止载体的流失、活性组分的烧结、抑制活性炭的甲烷化,同时增强活性炭的表面碱性和导电性,通常将活性炭在惰性气体保护下进行高温热处理,热处理温度一般在1600-3000℃。 Kowalczyk等对活性炭进行高温预处理,得到了具有明显石墨化特征的活性炭载体,负载钌催化剂的活性和稳定性得到了明显提高。 Fomi等考察了不同温度热处理活性炭为载体的钌催化剂在氨合成条件下的稳定性,发现高温热处理活性炭为载体制备的钌催化剂,不仅具有较高的活性,而且在600℃反应条件下尚未出现甲烷化反应。未经热处理的活性炭在 缘园园益 500℃以上出现明显的甲烷化反应。郑晓玲等详细研究了热处理对活性炭表面性质的影响:随着热处理温度的升高,活性炭发生了部分石墨化,热处理温度过高会严重破坏活性炭结构,即使再进行氧化处理也较难恢复,导致钌催化剂的活性下降。
朱虹等研究高温处理活性炭负载钌基催化剂时,发现活性炭经高温石墨化后,去除了杂质和表面含氧基团,得到了高纯度、高稳定性的石墨化活性炭,且随着热处理温度的升高,活性炭的碳元素含量逐渐增加,比表面积、总孔体积和中孔孔体积都逐渐减小。Zhong等考察了氢处理活性炭为载体的钌催化剂,发现活性炭经适当温度氢处理后,能够消除炭表面高电负性杂质,无需石墨化也能显著提高钌催化剂氨合成活性。Rossetti等通过不同温度焙烧活性炭负载钌发现,在处理温度低于2000℃时,表面积不需要再次扩张,而且在真空高温下活性炭表面积有所下降,但是炭表面石墨化程度减小。
1990年,BP公司和Kellogg公司联合实现了石墨化活性炭负载钌基催化剂的工业应用。福州大学王榕等利用高温处理的扩孔活性炭制备了高活性高稳定性钌基氨合成催化剂并实现了钌催化剂合成氨生产示范工程的建设,这是钌系氨合成催化剂在国内首次实现工业化应用,具有重要的现实意义。
对于氧化物载体,热处理能改变载体的表面性质,提高催化剂的性能。张新波等通过将Al2O3载体进行高温焙烧,发现经焙烧后的Al2O3比表面降低,而表面碱性增加,当焙烧温度在800℃时催化剂的活性最好。王榕等研究γ- Al2O3经900-1000℃高温锻烧转变为δ,θ- Al2O3,其孔径增大一倍左右,有利于浸渍时钌前驱体在载体上的均匀分布,提高了钌金属粒子的分散度,从而提高了催化剂的活性。