铜物种对Cu/Fe2O3水煤气变换反应催化剂性能的影响

林性贻 马俊涛 陈崇启 詹瑛瑛 郑起

引用本文: 林性贻, 马俊涛, 陈崇启, 詹瑛瑛, 郑起. 铜物种对Cu/Fe2O3水煤气变换反应催化剂性能的影响[J]. 物理化学学报, 2014, 30(1): 157-163. doi: 10.3866/PKU.WHXB201311271 shu
Citation:  LIN Xing-Yi, MA Jun-Tao, CHEN Chong-Qi, ZHAN Ying-Ying, ZHENG Qi. Influence of Copper Species on Performance of Cu/Fe2O3 Catalysts for Water Gas Shift Reaction[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(1): 157-163. doi: 10.3866/PKU.WHXB201311271 shu

铜物种对Cu/Fe2O3水煤气变换反应催化剂性能的影响

  • 基金项目:

    福建省教育厅A类科技项目(JA08021) (JA08021)

摘要:

采用共沉淀法制备了系列铜负载量不同的Cu/Fe2O3水煤气变换(WGS)催化剂,并考察了铜负载量对催化剂结构和水煤气变换反应性能的影响. 结果表明,Cu/Fe2O3催化剂呈现出良好的水煤气反应性能,当CuO质量分数为20%时,催化剂的WGS性能最优,250 ℃时CO转化率高达97.2%,同时热稳定性也最好. 运用X射线粉末衍射(XRD)、N2物理吸脱附和H2程序升温还原(H2-TPR)等手段对Cu/Fe2O3催化剂的物相、织构特征及还原性能进行了表征,结果表明,CuFe2O4物种的存在极大地改善了催化剂的还原性能和WGS反应活性. 这是由于CuFe2O4特殊的尖晶石结构有利于Cu微晶的稳定;同时,CuFe2O4在低温下即被还原为单质铜,有利于促进催化剂体系中电子的转移. 此外,通过(NH4)2CO3溶液处理,研究了独立相CuO对Cu/Fe2O3催化剂WGS反应性能的影响,结果发现,独立相CuO的存在,有利于H原子在各组分传递,从而促进催化剂的CuFe2O4的还原,改善Cu/Fe2O3催化剂的WGS反应性能.

English

    1. [1]

      (1) Hoffmann, P. Tomorrow 's Energy: Hydrogen, Fuel Cells, and the Prospects for a Cleaner Planet; MIT Press: Cambridge,Massachusetts, 2001.

      (1) Hoffmann, P. Tomorrow 's Energy: Hydrogen, Fuel Cells, and the Prospects for a Cleaner Planet; MIT Press: Cambridge,Massachusetts, 2001.

    2. [2]

      (2) Spivey, J. J. Catal. Today 2005, 100, 171. doi: 10.1016/j.cattod.2004.12.011(2) Spivey, J. J. Catal. Today 2005, 100, 171. doi: 10.1016/j.cattod.2004.12.011

    3. [3]

      (3) Tonkovich, A. Y.; Zilka, J. L.; LaMont, M. J.;Wang, Y.;Wegeng, R. S. Chem. Eng. Sci. 1999, 54, 2947. doi: 10.1016/S0009-2509(98)00346-7(3) Tonkovich, A. Y.; Zilka, J. L.; LaMont, M. J.;Wang, Y.;Wegeng, R. S. Chem. Eng. Sci. 1999, 54, 2947. doi: 10.1016/S0009-2509(98)00346-7

    4. [4]

      (4) Suh, D. J.; Kwak, C.; Kim, J. H.; Kwon, S. M.; Park, T. J.J. Power Sources 2005, 142, 70. doi: 10.1016/j.jpowsour.2004.09.012(4) Suh, D. J.; Kwak, C.; Kim, J. H.; Kwon, S. M.; Park, T. J.J. Power Sources 2005, 142, 70. doi: 10.1016/j.jpowsour.2004.09.012

    5. [5]

      (5) Andreeva, D.; Idakiev, V.; Tabakova, T.; Andreev, A. J. Catal.1996, 158, 354. doi: 10.1006/jcat.1996.0035(5) Andreeva, D.; Idakiev, V.; Tabakova, T.; Andreev, A. J. Catal.1996, 158, 354. doi: 10.1006/jcat.1996.0035

    6. [6]

      (6) Li, Y.; Fu, Q.; Flytzani-Stephanopoulos, M. Appl. Catal. B: Environ. 2000, 27, 179. doi: 10.1016/S0926-3373(00)00147-8(6) Li, Y.; Fu, Q.; Flytzani-Stephanopoulos, M. Appl. Catal. B: Environ. 2000, 27, 179. doi: 10.1016/S0926-3373(00)00147-8

    7. [7]

      (7) Zhai, Y.; Pierre, D.; Si, R.; Deng,W.; Ferrin, P.; Nilekar, A. U.;Peng, G.; Herron, J. A.; Bell, D. C.; Saltsburg, H.; Mavrikakis,M.; Flytzani-Stephanopoulos, M. Science 2010, 329, 1633. doi: 10.1126/science.1192449(7) Zhai, Y.; Pierre, D.; Si, R.; Deng,W.; Ferrin, P.; Nilekar, A. U.;Peng, G.; Herron, J. A.; Bell, D. C.; Saltsburg, H.; Mavrikakis,M.; Flytzani-Stephanopoulos, M. Science 2010, 329, 1633. doi: 10.1126/science.1192449

    8. [8]

      (8) Zhang, Y.; Zhan, Y.; Chen, C.; Cao, Y.; Lin, X.; Zheng, Q. Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37, 12292. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.06.025(8) Zhang, Y.; Zhan, Y.; Chen, C.; Cao, Y.; Lin, X.; Zheng, Q. Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37, 12292. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.06.025

    9. [9]

      (9) She, Y.; Zheng, Q.; Li, L.; Zhan, Y.; Chen, C.; Zheng, Y.; Lin, X.Int. J. Hydrog. Energy 2009, 34, 8929. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.08.062(9) She, Y.; Zheng, Q.; Li, L.; Zhan, Y.; Chen, C.; Zheng, Y.; Lin, X.Int. J. Hydrog. Energy 2009, 34, 8929. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.08.062

    10. [10]

      (10) Sagata, K.; Imazu, N.; Yahiro, H. Catal. Today 2013, 201,145. doi: 10.1016/j.cattod.2012.03.064(10) Sagata, K.; Imazu, N.; Yahiro, H. Catal. Today 2013, 201,145. doi: 10.1016/j.cattod.2012.03.064

    11. [11]

      (11) Kubacka, A.; Si, R.; Michorczyk, P.; Martínez-Arias, A.; Xu,W.; Hanson, J. C.; Rodriguez, J. A.; Fernández-García, M. Appl. Catal. B: Environ. 2013, 132-133, 423.(11) Kubacka, A.; Si, R.; Michorczyk, P.; Martínez-Arias, A.; Xu,W.; Hanson, J. C.; Rodriguez, J. A.; Fernández-García, M. Appl. Catal. B: Environ. 2013, 132-133, 423.

    12. [12]

      (12) Sagata, K.; Yahiro, H. B. Chem. Soc. Jpn. 2012, 85, 511. doi: 10.1246/bcsj.20110283(12) Sagata, K.; Yahiro, H. B. Chem. Soc. Jpn. 2012, 85, 511. doi: 10.1246/bcsj.20110283

    13. [13]

      (13) Rasmussen, D. B.; Janssens, T. V.W.; Temel, B.; Bligaard, T.;Hinnemann, B.; Helveg, S.; Sehested, J. J. Catal. 2012, 293,205. doi: 10.1016/j.jcat.2012.07.001(13) Rasmussen, D. B.; Janssens, T. V.W.; Temel, B.; Bligaard, T.;Hinnemann, B.; Helveg, S.; Sehested, J. J. Catal. 2012, 293,205. doi: 10.1016/j.jcat.2012.07.001

    14. [14]

      (14) Li, L.; Song, L.;Wang, H.; Chen, C.; She, Y.; Zhan, Y.; Lin, X.;Zheng, Q. Int. J. Hydrog. Energy 2011, 36, 8839. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.04.137(14) Li, L.; Song, L.;Wang, H.; Chen, C.; She, Y.; Zhan, Y.; Lin, X.;Zheng, Q. Int. J. Hydrog. Energy 2011, 36, 8839. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.04.137

    15. [15]

      (15) Wang, X.; Rodriguez, J. A.; Hanson, J. C.; Gamarra, D.;Martínez-Arias, A.; Fernández-García, M. J. Phys. Chem. B2005, 110, 428.(15) Wang, X.; Rodriguez, J. A.; Hanson, J. C.; Gamarra, D.;Martínez-Arias, A.; Fernández-García, M. J. Phys. Chem. B2005, 110, 428.

    16. [16]

      (16) Wen,W.; Jing, L.; White, M.; Marinkovic, N.; Hanson, J.;Rodriguez, J. Catal. Lett. 2007, 113, 1. doi: 10.1007/s10562-006-9003-7(16) Wen,W.; Jing, L.; White, M.; Marinkovic, N.; Hanson, J.;Rodriguez, J. Catal. Lett. 2007, 113, 1. doi: 10.1007/s10562-006-9003-7

    17. [17]

      (17) Faungnawakij, K.; Shimoda, N.; Fukunaga, T.; Kikuchi, R.;Eguchi, K. Appl. Catal. B: Environ. 2009, 92, 341. doi: 10.1016/j.apcatb.2009.08.013(17) Faungnawakij, K.; Shimoda, N.; Fukunaga, T.; Kikuchi, R.;Eguchi, K. Appl. Catal. B: Environ. 2009, 92, 341. doi: 10.1016/j.apcatb.2009.08.013

    18. [18]

      (18) Estrella, M.; Barrio, L.; Zhou, G.;Wang, X.;Wang, Q.;Wen,W.; Hanson, J. C.; Frenkel, A. I.; Rodriguez, J. A. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 14411. doi: 10.1021/jp903818q(18) Estrella, M.; Barrio, L.; Zhou, G.;Wang, X.;Wang, Q.;Wen,W.; Hanson, J. C.; Frenkel, A. I.; Rodriguez, J. A. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 14411. doi: 10.1021/jp903818q

    19. [19]

      (19) Yang, X.;Wei, Y.; Su, Y.; Zhou, L. Fuel Process. Technol. 2010,91, 1168. doi: 10.1016/j.fuproc.2010.03.032(19) Yang, X.;Wei, Y.; Su, Y.; Zhou, L. Fuel Process. Technol. 2010,91, 1168. doi: 10.1016/j.fuproc.2010.03.032

    20. [20]

      (20) Andreev, A.; Idakiev, V.; Mihajlova, D.; Shopov, D. Applied Catalysis 1986, 22, 385. doi: 10.1016/S0166-9834(00)82645-7(20) Andreev, A.; Idakiev, V.; Mihajlova, D.; Shopov, D. Applied Catalysis 1986, 22, 385. doi: 10.1016/S0166-9834(00)82645-7

    21. [21]

      (21) Idakiev, V.; Mihajlova, D.; Kunev, B.; Andreev, A. React. Kinet. Catal. L. 1987, 33, 119. doi: 10.1007/BF02066710(21) Idakiev, V.; Mihajlova, D.; Kunev, B.; Andreev, A. React. Kinet. Catal. L. 1987, 33, 119. doi: 10.1007/BF02066710

    22. [22]

      (22) Khan, A.; Chen, P.; Boolchand, P.; Smirniotis, P. G. J. Catal.2008, 253, 91. doi: 10.1016/j.jcat.2007.10.018(22) Khan, A.; Chen, P.; Boolchand, P.; Smirniotis, P. G. J. Catal.2008, 253, 91. doi: 10.1016/j.jcat.2007.10.018

    23. [23]

      (23) Reddy, G. K.; Smirniotis, P. G. Catal. Lett. 2011, 141, 27. doi: 10.1007/s10562-010-0465-2(23) Reddy, G. K.; Smirniotis, P. G. Catal. Lett. 2011, 141, 27. doi: 10.1007/s10562-010-0465-2

    24. [24]

      (24) Lin, M. G.; Fang, K. G.; Li, D. B.; Sun, Y. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24 (5), 833. [林明桂, 房克功, 李德宝, 孙予罕. 物理化学学报, 2008, 24 (5), 833.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20080517(24) Lin, M. G.; Fang, K. G.; Li, D. B.; Sun, Y. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24 (5), 833. [林明桂, 房克功, 李德宝, 孙予罕. 物理化学学报, 2008, 24 (5), 833.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20080517

    25. [25]

      (25) Khan, A.; Smirniotis, P. G. J. Mol. Catal. A: Chem. 2008, 280,43. doi: 10.1016/j.molcata.2007.10.022(25) Khan, A.; Smirniotis, P. G. J. Mol. Catal. A: Chem. 2008, 280,43. doi: 10.1016/j.molcata.2007.10.022

    26. [26]

      (26) Yang, S. C.; Su,W. N.; Lin, S. D.; Rick, J.; Cheng, J. H.; Liu, J.Y.; Pan, C. J.; Liu, D. G.; Lee, J. F.; Chan, T. S.; Sheu, H. S.;Hwang, B. J. Appl. Catal. B: Environ. 2011, 106, 650. doi: 10.1016/j.apcatb.2011.06.030(26) Yang, S. C.; Su,W. N.; Lin, S. D.; Rick, J.; Cheng, J. H.; Liu, J.Y.; Pan, C. J.; Liu, D. G.; Lee, J. F.; Chan, T. S.; Sheu, H. S.;Hwang, B. J. Appl. Catal. B: Environ. 2011, 106, 650. doi: 10.1016/j.apcatb.2011.06.030

    27. [27]

      (27) Kameoka, S.; Tanabe, T.; Tsai, A. P. Appl. Catal. A: Gen. 2010,375, 163. doi: 10.1016/j.apcata.2009.12.035(27) Kameoka, S.; Tanabe, T.; Tsai, A. P. Appl. Catal. A: Gen. 2010,375, 163. doi: 10.1016/j.apcata.2009.12.035

    28. [28]

      (28) Faungnawakij, K.; Kikuchi, R.; Fukunaga, T.; Eguchi, K. Catal. Today 2008, 138, 157. doi: 10.1016/j.cattod.2008.05.004(28) Faungnawakij, K.; Kikuchi, R.; Fukunaga, T.; Eguchi, K. Catal. Today 2008, 138, 157. doi: 10.1016/j.cattod.2008.05.004

    29. [29]

      (29) Strohmeier, B. R.; Levden, D. E.; Field, R. S.; Hercules, D. M.J. Catal. 1985, 94, 514. doi: 10.1016/0021-9517(85)90216-7(29) Strohmeier, B. R.; Levden, D. E.; Field, R. S.; Hercules, D. M.J. Catal. 1985, 94, 514. doi: 10.1016/0021-9517(85)90216-7

    30. [30]

      (30) Severino, F.; Brito, J. L.; Laine, J.; Fierro, J. L. G.; Agudo, A. L.J. Catal. 1998, 177, 82. doi: 10.1006/jcat.1998.2094

      (30) Severino, F.; Brito, J. L.; Laine, J.; Fierro, J. L. G.; Agudo, A. L.J. Catal. 1998, 177, 82. doi: 10.1006/jcat.1998.2094

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  722
  • 文章访问数:  1447
  • HTML全文浏览量:  152
文章相关
  • 发布日期:  2014-01-01
  • 收稿日期:  2013-09-02
  • 网络出版日期:  2013-11-27
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章