氮化硼负载的钌基合成氨催化剂的制备及浸渍顺序对其表面性能的影响

氮化硼负载的钌基合成氨催化剂的制备及浸渍顺序对其表面性能的影响

在低温低压条件下,钌基催化剂较传统铁基催化剂的氨合成活性更高,被誉为“第二代氨合成催化剂”。载体是影响负载型催化剂活性的重要因素之一。Jacobsen等[1]发现,Ru颗粒的大小及形态是影响其催化剂性能的主要原因,载体的表面性质对Ru颗粒的形态及大小有决定性影响。 目前,氨合成催化剂采用的载体主要有:活性炭[2-6]、氧化物(主要包括氧化镁、氧化铝、氧化铈等)[7-13]、分子筛[14]、氮化硼[15]和复合载体[16-18]等。其中,活性炭虽然具有较高的比表面积和丰富的孔结构,对活性组分的高度分散有利,但由于活性组分Ru同时也是甲烷化的催化剂,容易造成活性炭载体的流失而导致催化剂失活;氧化物载体表面虽具有较高的碱性,有利于N2的活化,但因其负载的Ru的分散度较低而催化活性较低;以分子筛为载体的Ru基氨合成催化剂同样活性偏低。 氮化硼(BN)表面结构与石墨结构类似,性能较稳定,受氨浓度的影响较小,已成为最有潜力的氨合成催化剂载体之一。Jacobsen等[19]发现,Ba-Ru/BN氨合成催化剂在550 ℃、 100 bar条件下使用5 000 h,催化活性基本不变。林炳裕等[20]发现,工业BN具有较大的比表面积和孔容,且中孔较多,石墨化结构明显,以其为载体制备的Ba-Ru/BN催化剂在10 MPa, 475 ℃, 10 000 h-1的反应条件下表现出了较高的氨合成活性。徐春凤等[21]研究了BN制备方法对其负载的氨合成催化剂表面性能的影响,发现由程序升温氮化法制备的BN以中孔结构为主,以其为载体制备的催化剂活性较高。王晓南等[22]通过改变浸渍顺序制备了以活性炭为载体的钌基氨合成催化剂,发现浸渍顺序对催化剂活性的影响很大,催化剂Ba-Ru-K/C的活性最高,助剂Ba和K的作用有待证实。 本文采用等体积浸渍法制备了一系列用于合成氨的BN负载钌基催化剂,其结构经SEM、 EDS、 XRD和H2-TPD表征。