碳化钼催化剂的研究进展

2011年02月28日 16:19 27777次浏览 来源:   分类:

 

  Lee等用甲烷/氢气碳化以上方法得到的高分散的Mo/Al2O3获得了担载的碳化钼(Mo2C/ Al2O3)。Chung等也报导了采用类似方法即用H2还原MoO3/Al2O3来制取Mo/Al2O3,然后用CH4/H2碳化获得Mo2C/Al2O3这种方法合成碳化物的突出点是在这样的高温下还原钼不会被烧结,可获得直径为4 nm的微晶。
  合成负载碳化钼可总结为3种方法:(1)先制备高分散的Mo/ Al2O3,然后在950 K时用CH4/H2碳化转化为碳化钼;(2)利用MoO3/ Al2O3直接用CH4/H2程序升温还原碳化;(3) MoO3/ Al2O3先在NH4气氛中程序升温还原为Mo2N/ Al2O3,然后用CH4/H2碳化得Mo2C/ Al2O3。由Mo2N/ Al2O3转化为Mo2C/ Al2O3的过程是局部规整反应,是较为有效的方法。
  中国科学院大连化学物理研究所的李晓芸等应用程序升温还原法成功制备了负载型 Mo2C催化剂。研究表明,Mo2C的生成温度及反应历程与炭材料的性质及合成条件等密切相关。在纯H2条件下,石墨化程度较好的炭黑载体上钼物种被还原为金属 Mo后再与碳物种发生碳化生成Mo2C,在多壁碳纳米管载体上生成Mo2C的温度较炭黑上低;在活性炭载体上钼物种被还原到较低的氧化态,之后与碳反应生成Mo2C。当H2含量不足或在惰性气氛时,炭载体在高于700℃时还原钼物种并同时发生碳化生成Mo2C。
  3 存在问题
  尽管碳化钼具有如此优异的催化性能,但一直没有大规模的工业化应用,原因是在制备和应用中还存在着一些难以解决的问题。其中自由碳在碳化钼上的沉积使比表面积减小和碳化物合成时需要的较高温度(800℃以上),一直是碳化钼批量合成的两大障碍。碳化物的溶沸点比较高,膨胀系数差别很大,难以烧结。如果直接用碳化物粉体催化,则催化剂的回收比较困难,费用较高。
  程序升温的“局部规整反应”是合成高比表面积碳化钼的有效方法,利用这种方法成功地合成了粉末状催化剂和担载型催化剂。但是合成温度要求比较高,大规模合成催化剂过程中的传质、传热问题仍然需要探索。碳化钼催化剂的结构敏感性,决定了必须合成出结构稳定和活性高的催化剂。双金属催化剂的合成问题更需要深入研究。另外,碳化物催化剂的表面积炭堵塞孔道使表面积减小、催化剂活性降低的问题虽早有认识,但仍未解决。
  另外一个问题是对于催化条件的优化和催化机理的研究。虽然已有不少碳化物催化方面的研究,但是找出一个最优的催化反应条件却十分困难。上述的碳化物催化反应都有不同的催化机理解释,还没有形成一种完善的理论体系,所以在研究其他各种碳化物的催化反应时缺乏理论依据。
  4 市场和前景
  铂和其元素周期表中相邻元素作为催化剂被广泛应用于化学合成、石油化工、聚合和环境保护等化学工业领域,但是铂族金属或Ⅷ族过渡金属,特别是铂、钯、铑、铱、钉是稀有贵金属,其储量逐年减少,需求量逐年增加。与传统的贵金属催化剂相比,碳化钼催化剂价廉且具有优良的抗硫中毒、抗一氧化碳中毒、优良加氢脱硫脱氮性、烷烃异构化性能以及高的选择性,因此,此类催化剂在不久的将来必将得到发展。

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