氨合成催化剂的微结构及助剂分布对其性能的影响

摘要

氨是关系国计民生的重要生产原料。出现了近一个世纪的传统熔铁催化剂的使用使得人们着眼于开发新型催化剂，Fe1-xO基催化剂的出现，使得催化剂的活性又朝前迈进了一步。Fe1-xO基催化剂的高活性是其结构和助剂分布造成的，也就是其维氏体结构造成的，因为晶粒细小，造成表面积增大，表面能随之增大;同时Al3+无法完全固溶在Fe1-xO的晶格内部，产生了晶格缺陷，能量升高。这两种原因造成了Ammomax-10型催化剂所能提供的能量更高，在氨合成反应中，H2和N2所需的活化能相同的情况下，所提供的能量越高，产物的生成量越大。因此实现催化剂的活性的提高，更应该着重于催化剂的结构和助剂分布。
　　 从材料学角度出发，本文采用不同的处理工艺，即热处理、恒温水浴处理和液氮处理等方式对Ammomax-10型亚铁基催化剂和A110型传统熔铁催化剂进行处理。同时采用X射线衍射仪(XRD)，采用扫描电子显微镜(SEM)及能谱(EDS)对处理后的试样进行结构分析、形貌及元素分布分析。采用比表面仪对处理后的试样进行抗中毒性能的分析，采用南方化学辽河催化剂有限公司自制的活性评价装置对处理后的试样进行活性、耐热性和机械性能的评价。实验结果表明:
　　 1.通过恒温水浴方法处理试样，得到的两种类型试样出现晶粒长大和助剂流失现象，其催化活性出现不同程度的下降，其抗中毒性能也出现下降，其耐热性没有变化，机械性能下降。
　　 2.通过热处理方法来处理试样，得到的两种试样出现晶粒长大和助剂更好的固溶与催化剂晶粒内部，得到的催化活性略有下降，总体变化不大，抗中毒性能降低，耐热性不变，机械性能下降。
　　 3.通过液氮处理的两种催化剂试样，使得催化剂晶粒和助剂都没有大的变化，催化活性基本没变，抗中毒性能降低，耐热性能不变，机械性能基本不变。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 催化剂的基础知识

1．2．1 按反应物系统物相分类

1．2．2 按反应分类

1．2．3 按机理分类

1．2．4 按化合物分类

1．2．5 催化剂的组成和结构

1．3 氨合成催化剂的发展

1．3．1 传统Fe3O4基熔铁催化剂及其发展

1．3．2 Fe1-xO催化剂及其发展

1．3．3 钌基催化剂及新型氨合成催化剂

1．4 Fe3O4基催化剂和Fe1-xO基催化剂的对比

1．4．1 Fe3O4基氨合成催化剂

1．4．2 Fe1-xO基氨合成催化剂

1．4．3 两种催化剂的关系

1．5 催化剂的吸附作用

1．5．1 物理吸附

1．5．2 化学吸附

1．5．3 物理吸附与化学吸附的差别

1．6 催化剂性能评价与表征

1．6．1 催化剂活性和稳定性

1．6．2 催化剂机械性能

1．6．3 催化剂中毒

1．7 氨合成催化剂的不同处理工艺

1．7．1 深冷处理

1．7．2 热处理

1．7．3 恒温水浴处理

1．8 本课题研究目的和方法

1．9 研究内容

第2章 实验方法与主要内容

2．1 实验方案设计思路

2．2 实验方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 试样热处理

2．2．3 试样深冷处理

2．2．4 试样恒温水浴处理

2．2．5 试样抛光

2．3 主要实验材料及仪器设备

2．4 催化剂的抗中毒性能的评价

2．4．1 催化剂中毒

2．4．2 评价方法

2．4．3 评价仪器

2．5 催化剂的机械性能的评价

2．5．1 催化剂的机械强度

2．5．2 评价方法

2．5．3 评价仪器

2．6 催化剂的催化活性的评价

2．6．1 催化剂的活性

2．6．2 评价方法

2．6．3 评价仪器

2．7 催化剂的耐热性的评价

2．7．1 耐热性

2．7．2 评价方法

2．7．3 评价仪器

2．8 表征及评价方法

2．8．1 X射线衍射分析

2．8．2 SEM表面形貌分析

2．8．3 能谱分析

2．8．4 X射线荧光分析

2．8．5 抗中毒性能分析

2．8．6 催化剂性能分析

第3章 不同处理方式对催化剂活性的影响

3．1 前言

3．2 实验方法

3．3 实验结果及讨论

3．3．1 Fe1-xO基催化剂处理后对催化活性的影响及讨论

3．3．2 Fe3O4基催化剂处理后对催化活性的影响

3．3．3 经过处理后Ammomax-10型和A110型催化剂活性的对比

3．4 小结

第4章 不同处理方式对催化剂抗中毒性能的影响

4．1 引言

4．2 实验方法

4．3 实验结果及讨论

4．3．1 Fe1-xO基催化剂处理后对抗中毒性的影响

4．3．2 Fe3O4基催化剂处理后对抗中毒性的影响

4．4 小结

第5章 不同处理方式对催化剂机械性能和耐热性能的影响

5．1 前言

5．2 实验方法

5．3 实验结果及讨论

5．3．1 Fe1-xO基催化剂处理后对耐热性能的影响

5．3．2 Fe1-xO基催化剂处理后对机械性能的影响

5．3．3 Fe3O4基催化剂处理后对耐热性能的影响

5．3．4 Fe3O4基催化剂处理后对机械性能的影响

5．3．5 两种不同催化剂机械性能和耐热性能的对比

5．4 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果