介孔活性炭载体钌催化剂活性示意图
钌基氨合成催化剂被认为是继熔铁催化剂之后的第二代氨合成催化剂, 在低温低压下具有较高的活性及节能效果。目前研究的载体材料较多, 包括活性炭、炭复合材料、石墨化纳米炭和碳纳米管等炭材料, MgO、Al2O3、CeO2和ZrO2等氧化物, 以及尖晶石、CNTs-Al2O3和氮化硼等复合材料。
到目前为止, 活性最高且已实现产业化的是炭负载的Ru基催化剂, 其性能主要受载体的物理结构(石墨化程度)、表面性质及孔结构的影响, 其中炭的孔结构决定着Ru的分散及其粒径大小, 直接影响催化剂的性能。
一般情况下, 载体的中孔结构越发达, 活性组分分散度越高, 催化剂活性越好。而活性炭载体主要以微孔为主, 不利于金属活性组分的分散。
介孔炭由于具有较大的比表面积和孔体积以及均一的纳米孔径, 因而在大分子吸附和分离、化工催化以及纳米材料的合成等领域表现出较好的应用前景。目前, 模板法是制备介孔炭的有效方法,介孔炭孔结构直接由模板纳米粒子的尺寸和孔结构决定。
浙江工业大学工业催化研究所李瑛等人采用模板法合成了介孔炭(MC),研究了其孔结构对其负载的Ru基氨合成催化剂Ba-Ru-K/MC性能的影响,采用N2吸附脱附、扫描电镜和透射电镜等手段对介孔炭的孔结构进行了表征.研究发现,介孔炭载体的孔结构取决于模板剂的用量,当SiO2/C质量比为1.0时,所制介孔炭比表面积最大.介孔炭负载的Ba-Ru-K催化剂活性与其介孔比表面积相关.在425℃,10MPa和10000h-1条件下,合成氨的反应速率为139mmol/(gcat·h)。