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超声制备掺钡纳米氧化镁及其负载钌基氨合成催化剂的研究

作　者: 晏刚
导　师: 霍超；于凤文
学　校: 浙江工业大学
专　业: 工业催化
关键词: 超声技术 掺钡纳米氧化镁 Ru3（CO）12 钌基催化剂 氨合成
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


运用超声技术制备具有高比表面积、化学性质稳定的掺钡纳米氧化镁，并以其为载体、Ru3（CO）12为钌的前驱体，用浸渍法制备了一系列的钌基氨合成催化剂，进而运用场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和N2物理吸附等表征手段，考察了掺钡纳米氧化镁负载的钌基催化剂表面形貌、物相及其表面织构，并在10MPa，10000h-1和400～450℃条件下进行了钌基催化剂的氨合成活性评价。主要研究内容和结果如下：1、考察了超声作用对掺钡纳米氧化镁表面形态的影响。与常规制备的掺钡氧化镁相比，施以超声作用后，掺钡纳米氧化镁具有更大的比表面积和孔容，粒径变小，孔道变得较为均匀，颗粒团聚现象也大大降低。且Ba在MgO中分散更加均匀，从而极大地增强了Ba的促进作用，适宜作钌基催化剂的载体。另外，随着氢氧化镁焙烧时间的延长、焙烧温度的升高，纳米氧化镁的粒径会随之增大。2、以RuCl3·3H2O为原料在常压下，通入一氧化碳，合成了十二羰基三钌，即Ru3（CO）12，其摩尔收率为80～85％，产品具有较高的纯度。利用X射线衍射、FE-SEM、红外光谱和能谱等手段表征了Ru3（CO）12，其表面形貌呈不规则的菱形。3、较为系统地研究了超声作用时间、超声功率和超声频率对掺钡纳米MgO负载钌基氨合成催化剂的表面形貌、物相结构及其活性的影响。当超声条件为25kHz、30min和360W时，所制备的Ru／Ba-MgO催化剂活性最高。4、在超声条件为25kHz、30min和360W时，考察了还原条件对钌基催化剂的氨合成活性有着较大的影响。在还原过程中，若有O2存在，会大大降低Ru／Ba-MgO催化剂的活性，所以还原时以真空条件为佳。5、考察了碱土金属钡掺杂量和添加第二助剂钾对Ru／Ba-MgO催化剂活性的影响。研究表明，在Ru／Ba-MgO催化剂中，Mg∶Ba=1∶0.2～0.25（mole ratio）为佳，且不宜添加钾助剂。6、钌的负载量对Ru／Ba-MgO催化剂活性的影响。研究表明，当钌的负载量过低时，钌的分散较好，但由于活性中心太少，催化剂活性不高；而当钌负载量过高时，钌粒子有聚集现象，粒径随之增大，分散度不高，影响了Ru／Ba-MgO催化剂活性的进一步提高。因此，实验中钌的负载量以2wt％时比较适宜。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-13
第一章 绪论  13-15
第二章 文献综述  15-42
  2.1 前言  15
  2.2 合成氨催化剂的发展历程  15-18
    2.2.1 铁系氨合成催化剂  16-17
    2.2.2 钌系氨合成催化剂  17-18
  2.3 钌基催化剂的研究现状  18-27
    2.3.1 钌基氨合成催化剂的特点  18
    2.3.2 钌基氨合成催化剂的反应机理及动力学  18-20
    2.3.3 钌基氨合成催化剂载体的选择  20-22
    2.3.4 钌前驱体的选择  22-25
    2.3.5 助剂的选择  25-26
    2.3.6 钌基氨合成催化剂的制备方法  26-27
  2.4 超声技术在催化化学中的应用  27-32
    2.4.1 超声在催化纳米材料载体制备上的应用  27-30
    2.4.2 超声在负载型催化剂中的应用  30-31
    2.4.3 超声在多相催化反应中的应用  31-32
  2.5 选题意义及研究内容  32-34
  参考文献  34-42
第三章 实验部分  42-49
  3.1 主要试剂及仪器设备  42-43
  3.2 掺钡纳米氧化镁的制备  43
  3.3 羰基钌(Ru_3(CO)_(12))的合成  43-44
  3.4 掺钡纳米氧化镁负载钌基氨合成催化剂的制备  44
  3.5 催化剂的活性评价  44-47
  3.6 钌基催化剂的表征  47-49
    3.6.1 分散度  47-48
    3.6.2 比表面积和孔结构的测定  48
    3.6.3 微观/亚微观形貌及其结构的表征  48
    3.6.4 物相分析和晶粒计算(XRD)  48
    3.6.5 热重分析测试  48-49
第四章 掺钡纳米氧化镁的制备与表征  49-58
  4.1 掺钡纳米氧化镁的制备  49-50
    4.1.1 常规合成  49-50
    4.1.2 超声合成  50
  4.2 结果与讨论  50-56
    4.2.1 超声作用对掺钡纳米氧化镁表面形貌的影响  50-51
    4.2.2 超声作用对掺钡纳米氧化镁表面织构的影响  51-53
    4.2.3 氢氧化镁的焙烧温度和时间对纳米氧化镁的影响  53-56
  4.3 本章小结  56-57
  参考文献  57-58
第五章 十二羰基三钌的合成  58-65
  5.1 十二羰基三钌的性质  58-59
    5.1.1 结构及性质  58
    5.1.2 反应方程式及合成装置  58-59
  5.2 十二羰基三钌的合成方法及步骤  59-60
    5.2.1 常压合成  59-60
    5.2.2 高压合成  60
  5.3 十二羰基三钌的表征  60-63
    5.3.1 十二羰基三钌的 X 射线衍射分析  60-61
    5.3.2 十二羰基三钌的 EDS 分析  61-62
    5.3.3 十二羰基三钌的红外光谱分析  62
    5.3.4 十二羰基三钌的 FE-SEM 分析  62-63
  5.4 本章小结  63-64
  参考文献  64-65
第六章 掺钡纳米氧化镁负载钌基氨合成  65-87
  6.1 超声与常规方法制备的掺钡纳米氧化镁负载的钌基催化剂  65-67
  6.2 超声条件对掺钡纳米氧化镁所负载钌基催化剂的影响  67-72
    6.2.1 超声时间对制备的载体负载钌基催化剂性能的影响  67-69
    6.2.2 超声频率对制备的载体负载的钌基催化剂性能影响  69-70
    6.2.3 超声功率对制备的载体负载的钌基催化剂性能影响  70-72
  6.3 还原方式对钌基催化剂的活性影响  72-74
  6.4 载体掺杂钡、钾对钌基催化剂活性的影响  74-80
    6.4.1 氧化镁掺杂钡的含量对催化剂活性的影响  74-75
    6.4.2 钡添加方式对钌基催化剂活性的影响  75-76
    6.4.3 添加助剂钾对钌基催化剂活性的影响  76-77
    6.4.4 氧化镁混合掺杂钡、钾对钌基催化剂活性的影响  77-80
  6.5 钌负载量对钌基催化剂活性的影响  80-83
  6.6 本章小结  83-86
  参考文献  86-87
第七章 结论与展望  87-90
  7.1 结论  87-89
  7.2 展望  89-90
附录  90-91
致谢  91

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化剂
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