碳化钼催化剂研究及应用现状文献综述

 2021-09-30 11:09

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1.1 引言

金属碳化物和氮化物作为一类具有很高硬度、良好稳定性和抗腐蚀性的新型功能材料, 已经在各种耐高温、耐磨擦和耐化学腐蚀的机械领域得到应用[1]。具有特殊的物理、化学性质和表面结构[2]。碳化钼的加氢活性与铂和钯等贵金属相当。国际上对这类催化剂的研究已卓有成效[3]。碳化钼在很大范围内具有与铂族金属相同的催化性能,从而找到了可替代铂族贵金属的物质碳化钼[4]

1.1.1碳化钼催化剂的研究进展

自Johansson等对1 ,2 ,3 ,4 四氢化萘催化加氢反应进行了研究,观察到碳化钼耐硫能力比工业上的金属催化剂好 [5]。近年来, 高比表面积氮化钼和碳化钼的合成和催化性能, 特别是氮化钼和碳化钼的催化脱硫、脱氮性。在加氢精制反应中, 氮化钼对含杂原子的环的裂解有很高的选择性, 而对芳香环的加氢活性相对较小, 可大大降低加氢精制中的氢耗, 具有较大的工业意义。国际上对这类催化剂的研究已卓有成效[6]

1.1.2碳化钼应用现状

碳化钼和氮化钼应用于材料改性领域,主要是因为其具有较高熔点和硬度、良好热稳定性和机械稳定性、极好抗腐蚀特性等特点。它可以作为涂层碳化钼和氮化钼通常作为涂层材料用于一些高硬度、耐磨擦和耐高温等领域。碳化钼(Mo C)和碳化钨混合,加入适当的镧粉,烧结成硬质材料好、致密和细化的碳化钼基硬质合金 。碳化钼还可以添加到金属陶瓷中,以改善其性能。此外,碳化钼还通常用于颗粒增强合金。碳化钼和氮化钼粉末一般采用高温制备方法获得 [7]

1.2 碳化钼材料催化机理

碳化钼为什么具有铂族贵金属的催化性能呢?可从原子的外层价电子结构进行简单分析。在还原气氛(或特定气氛下), 过渡金属表面碳化学键能高, 能很强的吸附和激活气氛中分子。与碳形成合金- 金属碳化物, 能降低过渡金属表面能, 并保持适度表面能允许催化循环。另外, 形成碳化物后, 碳原子将贡献出外层的4个电子到过渡金属元素的d电子, 与其元素周期表中的右移4列位置元素相同, 即分别与铂、钯相同。最终的效果是碳化合后, 钼的电子特性更接近于铂族金属, 导致碳化钼的催化性能与铂族金属相似[8]

1.2.1 碳化钼催化剂加氢脱氮

还原碳化温度对制备的碳化钼催化剂的吡啶加氢脱氮活性影响较大。随碳化温度的升高,碳化钼催化剂的吡啶加氢脱氮活性明显下降。除还原碳化温度外,碳化钼催化剂制备过程中的还原碳化气体空速也对碳化钼催化剂吡啶加氢脱氮活性产生较大的的影响,考察的还原碳化气体空速范围内, 以1. 8 104 h - 1下制备的碳化钼催化剂的吡啶加氢脱氮活性最好。适当提高还原碳化气体空速,可通过气体的载热体作用提供反应所需要的热量,使反应过程传热均匀,还可及时移走反应生成的H2O,从而有助于合成高比表面积的M o2 C 催化剂, 提高制备M o2 C 催化剂的结晶度。但过高的还原碳化气体空速, 反而引起反应器内大量的热量被带走,热量损失加大,不能有效的为C、O 之间局部规整反应提供所需的热量,导致制备的M o2 C催化剂的结晶度下降, 加氢脱氮活性降低[9]1.2.2碳化钼催化剂加氢脱硫

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