等离子体技术在催化剂制备中的应用

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1、等离子体技术在催化剂制备中的应用等离子体等离子体制备催化剂的方法介绍近年来国内外利用等离子体技术制备研究的最新进展。介绍几种典型的等离子体制备催化剂的装置前景与展望等离子体是物质的第四态,是由气体分子受热或外加电场及辐射等能量激发而离解、电离形成的电子、离子、原子(基态或激发态)、分子(激发态或基态)及自由基等的集合体。宏观上,其正负电荷相等,因而称为等离子体。它具有较高的化学反应活性。自20世纪70年代初以来,等离子体涉及化学合成、薄膜制备、表面处理、军事科学、精细化学品加工及环境污染治理等诸多领域,等离子体的一个重要研究方向是在催化剂领域的应用。催化剂在

2、化工生产中占有举足轻重的作用,大多数化学反应都需要有催化剂的参与才能顺利进行,产生经济效益。利用等离子体技术制备催化剂,具有高效、价廉、清洁等优点，所以倍受学术界关注,近年来有许多学者对此进行了新技术研究与开发,取得了不少很有意义的成果。等离子体制备催化剂的方法通过低温等离子体产生电弧,快速分解矿石或金属盐,再经冷却得到纳米级的金属氧化物粉体或再通过引入氢气/氦气得到纳米级金属粉体,这些金属氧化物或金属纳米粉体具有很高的催化活性和选择性使用高频等离子体、微波等离子体等加热分解金属硝酸盐、氢氧化物、含水氧化物等得到金属氧化物催化剂利用等离子体气相沉积或溅射技术

3、将金属以氧化物或金属的形式沉积在载体上,得到负载型金属氧化物或金属催化剂利用等离子体增强离子注入的形式将金属粒子注入到载体上得到负载型金属催化剂通过惰性气体等离子体轰击氧化物表面,使其表面造成氧缺陷而使氧化物表面改性后产生一些奇特的催化活性等离子体技术制备研究进展Ｖｉｓｓｏｋｏｖ及其合作者[1]用电弧低温等离子体制备出了用于合成氨的催化剂。这些催化剂由不同浓度的氧化物Ｆｅ3Ｏ4,Ｆｅ2Ｏ3,ＦｅＯ,Ａｌ2Ｏ3,Ｋ2Ｏ,ＣａＯ,ＳｉＯ2,ＭｇＯ等组成,类似于工业催化剂组成。该种催化剂的前体是金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐或硝酸盐。根据所制备催化剂的不同要求,载气

4、可以是Ａｒ,Ｎ2,Ｏ2或空气,在这种条件下制备的催化剂粒度平均大小为50ｎｍ。Ｘ射线衍射分析结果显示:同传统方法相比,等离子体法制备的催化剂有更紧密的晶格。Ｈａｌｖｅｒｓｏｎ和Ｃｏｃｋｅ[2]利用氧和水作等离子体气增强氧化纯铝板制备出氧化铝载体,然后将这种氧化铝载体浸渍在氯化铑溶液中,通过氧化还原处理得到了Ｒｕ/Ａｌ2Ｏ3催化剂。在这种条件下制得的Ｒｕ/Ａｌ2Ｏ3催化剂颗粒或团簇具有高度的分散性。而且负载的催化剂的金属总量也比传统方法更多。等离子体技术制备研究进展Ｋｈａｎ和Ｆｒｅｙ[3]在氧化铝上通过等离子体溅射沉积技术制备出钙钛矿氧化物ＬａＭＯｘ膜(Ｍ是Ｃ

5、ｏ,Ｍｎ,Ｎｉ)。他们将等离子体法制备的ＬａＮｉＯｘ和ＬａＣｏＯｘ钙钛矿型氧化物的结构和催化活性进行了关联,发现它们表面电子结构的不同导致了其催化活性的差别。等离子体技术制备研究进展Ｄａｌａｉ等[4]对等离子体喷溅方法制备的ＣｏＦｅ催化剂,通过ＦｉｓｃｈｅｒＴｒｏｐｓｃｈ反应测试了其催化活性。当ｎ(Ｈ2)∶ｎ(Ｃo)=20,溅射速率为139μｍ/ｓ,温度为275℃,压力为0.69～1.03ＭＰａ时,催化剂对Ｃo选择性的最大活性达到98.5%;当压力为0.69～1.03ＭＰａ时,烃生成的选择性为43%～50%,而Ｃ5烃产物超过总烃量的40%。等离子体技术制备研

6、究进展等离子体技术制备研究进展Ｓｅｒｄｙｕｋｏｖ等[5]通过氩等离子溅射镍粉制备出平面镍催化剂,通过苯加氢转化反应实验发现这种平面催化剂比最初的镍粉有更高的催化活性,并建立了平面镍催化剂的苯加氢转化的动力学模型。等离子体技术制备研究进展Ｒｏｕｌｅａｕ等[6]通过等离子体方法制备的Ｎｉ基催化剂被用于加氢转化脱沥青真空残留物,该催化剂在低负载率下显示出非凡的活性。当担载量为1×10-4～2×10-4时,它可限制气体产物和轻质产品生成,阻止积炭和芳构化,这些特性在加氢转化工艺中使氢得到有效利用。等离子体技术制备研究进展Ｋａｍｅｙａｍａ等[7]利用带有双射频耦合等离

7、子体炬系统的热等离子体装置,通过ＳｉＨ4/ＣＨ4/Ｆｅ(Ｃo)5混合气体合成了两种ＦｅＳｉＣ超细粉。一种通过快速淬火制得,主要成分为βＦｅＳｉ2;另一种通过缓慢淬火制得,由αＦｅ,Ｆｅ3Ｓｉ,Ｆｅ5Ｓｉ3,ＦｅＳｉ,βＳｉＣ和无定型Ｓｉ等组成,这些粉体粒度在5～50ｎｍ。ＦｉｓｃｈｅｒＴｒｏｐｓｃｈ反应催化活性测试结果显示:βＦｅＳｉ2超细粉对选择生成烯烃有很高的活性,而αＦｅ,Ｆｅ3Ｓｉ和Ｆｅ5Ｓｉ3选择性则较低,但它们对Ｃo有较高的转化率。一种新型的二氧化钛膜催化剂由Ｃａｏ等[8]通过等离子体增强化学气相沉积方法制备得到。ＳＰＳ(表面光电波谱)分析结果显

8、示这种二氧化钛的光响应值被扩展至可见区;感光氧化实验