Магнитные методы исследования кобальтовых катализаторов синтеза Фишера-Тропша
Диссертация
Методом температурно-программируемой реакции углеродных отложений (образующихся в синтезе Фишера-Тропша) с водородом показано, что в процессе зауглероживания формируются два различных типа углерода. Гидрирующийся при более низкой температуре углерод, связан непосредственно с кобальтом, так как гидрирование сопровождается увеличением количества металла. Второй тип углерода располагается… Читать ещё >
Содержание
- 1. ВВЕДЕНИЕ
- 2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
- 2. 1. Катализаторы синтеза Фишера-Тропша
- 2. 2. Методы исследования распределения частиц металла по размерам в катализаторах
- 2. 2. 1. Адсорбция газов на поверхности металла
- 2. 2. 2. Рентгенографические методы
- 2. 2. 3. Микроскопия
- 2. 2. 4. Кристаллографическая структура наночастиц кобальта
- 2. 3. Методы измерения намагниченности
- 2. 3. 1. Магнитные свойства массивных ферромагнетиков
- 2. 3. 2. Свойства малых частиц ферромагнитных металлов
- 2. 3. 3. Связь между зависимостью намагниченности от поля и размерами суперпарамагнитных частиц
- 2. 3. 4. Принципы построения распределения ферромагнитных частиц по размерам
- 2. 3. 5. Температурно-программируемое восстановление кобальтовых катализаторов
- 3. 1. Приготовление катализаторов
- 3. 1. 1. Со/А12Оз
- 3. 1. 2. Co/Zr
- 3. 1. 3. Co/S
- 3. 1. 4. Co/Si02 (Aerosil 200)
- 3. 2. Методики исследования катализаторов
- 3. 2. 1. Электронная микроскопия
- 3. 2. 2. Измерение пористой структуры поверхности
- 3. 2. 3. Рентгеновский анализ. 31 Экстракционный магнитометр
- 3. 2. 5. Вибрационный магнитометр
- 3. 2. 6. Температурно-программируемое восстановление
- 3. 2. 7. Изотермическое восстановление
- 3. 2. 8. Окисление катализаторов
- 3. 2. 9. Импульсные методы анализа
- 3. 3. Синтез Фишера-Тропша
- 3. 4. Анализ углеродных отложений
- 4. 1. 1. Определение распределения смеси суперпарамагнитных и ферромагнитных частиц по размерам
- 4. 2. Проверка на суперпарамагнитность
- 4. 3. Построение распределения частиц по размерам для образцов lv и lm
- 4. 4. Определение критического диаметра перехода суперпарамагнетика в ферромагнетик при различных температурах
- 4. 5. Влияние времени восстановления на размер частиц
- 4. 6. Окисление образца 3% Co/S
- 4. 7. Функции распределения по объемам и по количеству частиц
- 4. 8. Окисление ансамбля частиц металла, обладающих логнормальным распределением по размерам
- 4. 9. Кинетика окисления металлических наночастиц
- 4. 10. Температурно-программируемое окисление кобальтовых катализаторов
- 4. 11. Связь пористой структуры носителя, распределения частиц по размерам и спектров ТПО
- 4. 12. Спектры температурно-программируемого восстановления кобальтовых катализаторов
- 4. 12. 1. Кобальт, нанесенный на у-AI2O
- 4. 12. 2. Кобальт, нанесенный на оксид циркония
- 4. 12. 3. Кобальт, нанесенный на S
- 4. 13. Изотермическое восстановление
- 4. 14. Влияние магнитного поля на форму кривых изотермического восстановления
- 4. 15. Синтез Фишера-Тропша на 30% кобальтовых катализаторах
- 4. 16. Исследование отработанных катализаторов
Список литературы
- Dry М.Е. The Fischer-Tropsch Process: 1950−2000 // Catal. Today, 2002, V. 71, pp. 227−241.
- Schulz H., Nie Z., Ousmanov F. Construction of Fischer-Tropsch regime with cobalt catalysts // Catal. Today, 2002, V. 71, pp. 351−360.
- Riedel Т., Claeys M., Schulz H. et al. Comparative study of Fischer-Tropsch synthesis with H2/CO and H2/CO2 syngas using Fe- and Co- based catalysts. // Appl. Catal. A, 1999, V. 186, pp.201−213
- Bechara R., Balloy D., Vanhove D. // Catalytic properties of C0/AI2O3 system for hydrocarbon synthesis // Appl. Catal. A, 2001, V. 207, pp.343−353
- Kraum M., Baerns M. Fischer-Tropsch synthesis: the influence of various cobalt compounds applied in the preparation of supported cobalt catalysts on their performance. // Appl. Catal. A, 1999, V. 186, pp. 189−200
- Крылов О.В., Киселев В. Ф. Адсорбция и катализ на переходных металлах и их оксидах. М.: «Химия», 1981, 288 с.
- Kitakami О., Sato Н., Shimada Y. et al. Size effect on the crystal phase of Co fine particles // Phys. Rev. B, 1997, V. 56, N. 21, pp. 13 849−13 854
- Saito Y., Masuda M. Crystallographic structure and magnetic properties of Co fine particles encaged in carbon nanocapsules. // Jpn. J. Appl. Phys., 1995, V. 34, pp. 5594−5598
- Ram S. Allotropic phase transformations in HCP, FCC and BCC metastable structures in Co-nanoparticles. // Mater. Sci. Eng. A, 2001, V.304−306, pp. 923−927.
- Ram S., Ghosh D., Roy S.K. Microstructure and topological analysis of Со: А12Оз na-nocermets in new FCC and BCC cobalt structures. // J. Mater. Sci., 2001, V. 36, pp.37 453 753.
- Dureuil V., Ricolleau C., Gandais M., Grigis C. Phase transitions in Co nanoclusters grown by pulse laser deposition. // Eur. Phys. J. D., 2001, V. 14, pp. 83−88
- Dinega D.P., Bavendi M.G. A solution-phase chemical approach to a new crystal structure of cobalt. // Angew. Chem. Int. Ed., 1999, V.38, N. 12, pp. 1788−1791
- Liu Z.-Y., Yuan Z.-Y. et al. Controlled synthesis of carbon-encapsulated Co nanoparti-cles by CVD // Chem. Vapor Depos., 2001, Y. 7(6), pp. 248−251.
- Thaib В., Martin G.A. et al. Formation of carbon nanotubes from the carbon monoxide disproportionation reaction over C0/AI2O3 and Co/SiCh catalysts // Catal. Lett., 1999, V.63,pp 135−141.
- Pinheiro J.P., Shouler М.С., Dooryhee E. In situ X-ray diffraction study of carbon nanotubes and filaments during their formation over C0/AI2O3 catalysts. // Solid State Comm. 2002, V. 123, pp. 161−166.
- Colley S.E., Copperthwaite R.G. et al. Identification of body-centered cubic cobalt and its importance in CO hydrogenation. //Nature, 11 May 1989, V.339 (6220), pp. 129−130.
- Colley S.E., Copperthwaite R.G. Unusual cobalt phases in CO-hydrogenation catalyst, studies by in situ X-ray diffraction. // Catal. Today, 1991, V. 9, pp. 203−209.
- Enache D.I., Rebours B. et al., In situ XRD study of influence of thermal treatment on the characteristic and catalytic properties of cobalt based Fischer-Tropsch catalysts. // J. Catal., 2002, V. 205, pp. 346−353.
- Selwood P.W., Chemisorption and Magnetism. // Academic Press, New York, 1975
- Dalmon J.-A., Magnetic Measurements and Catalysis // Catalysts characterization: Physical techniques for solid matherials, eds. Imelik В., Vedrine J.C., Plenum Press, NY, 1994, p.585.
- Foner S., Vibrating sample magnitometer: experience of volunteer (invited) // J. Appl. Phys., 1996, V. 76(8), pp. 4740−4745.
- Foner S., High-field magnets and high-field superconductors. // IEEE Trans. Appl. Su-percond., 1995, V. 5(2), pp. 121−140.
- Laughlin D.E., Willard M.A., McHenry M.E., Magnetic Ordering: some structural aspects, in «Phase transformation end evolutions in materials, ed. Turchi P., Gonis А., МММ Soc., 2000, pp. 121−137.
- Panda R.N., Gadjbhie N.S., Balaji G. Magnetic properties of interacting single domain Fe304 particles // J. Alloys Сотр., 2001, V. 326(1−2), pp
- Wang Q., Yang H., Shi J., Zou G. One step synthesis of nanometer particles of у-РегОз by wire electrical explosion method. // Mater. Res. Bull., V. 36, pp. 503−509.
- Чечерников В.И. Магнитные измерения, Изд. МГУ (Москва), 1963, стр. 254.
- Frenkel J., Dorfman J., Spontaneous and induced magnetization in ferromagnetic bodies //Nature, 1930, V. 126, pp. 274−275.
- Кондорский Е.И., Микромагнетизм и перемагничивание квази-однодоменных частиц. // Изв. Акад. Наук. СССР: Серия Физ., 1978, т. 42 (8), стр. 1638−1645
- Hartmann U. High-resolution magnetic imaging based on scanning probe technique. // J. Magn. Magn. Mater., 1996, V. 157−158, pp.545−549.
- Kazakova O., Hanson M., Blomquist P., Wappling R. Arrays of epitaxial Co submicron particles: Critical size for single-domain formation and multidomain structures. // J. Appl. Phys., 2001, V. 90(5), pp. 2440−2446
- Lebib A., Li S.P., Natali M., Chen Y. Size and thickness dependence of magnetization reversal in Co dot arrays. // J.Appl.Phys., 2001, Y. 89(7), pp. 3892−3896.
- Ternovsky V., Luk’yanchuk В., Wang J.P. Remanent states of small ferromagnetic cylinder. // JETP Lett., 2001, V. 73(12), pp. 661−665.
- Seynaeve E., Rens G. et al. Transition from single-domain to multidomain state in mesoscopic ferromagnetic Co structures. // J.Appl.Phys., 2001, V. 89 (1), pp. 531−534.
- Kong L., Chou S.Y. Effects of bar length on switching field of nanoscale nickel and cobalt bars fabricated using lithography. // J.Appl.Phys., 1996, V. 80(9), pp. 5205−5208.
- Ивановский В.И., Черникова JI.А. Физика магнитных явлений, Москва, Изд-во МГУ 1981, стр. 288.
- Bonard J.-M., Seraphin S. et al. Varying the size and magnetic properties of carbon encapsulated Co-nanoparticles.// Chem. Phys. Lett., 2001, Vol. 343, Iss. 3−4, pp. 251−257
- Legrand J., Petit C., Bazin D., Pileni M.P. Collective effect on magnetic properties of 2D superlattices of nanosized cobalt particles. // Appl. Surf. Sci., 2000, V.164 (1−4), pp. 186−192.
- Peng D.L., Sumiyama K. et al. Magnetic properties of oxide-coated cobalt nanoparticles // Phys. Stat. Sol. A, 1999, V.142, pp.209−216
- Peng D.L., Sumiyama K. et al. Magnetic properties of monodispersed Co/CoO clusters // Phys. Rev. B, 2000, V.61(4), pp. 3103−3109
- Host J. J., Block J.A. et al. Effect of annealing on the structure and magnetic properties of graphite encapsulated Co and Ni crystals // J. Appl. Phys., 1998, V. 83(2), pp. 793−801
- Murray C.B., Sun S. et al. Colloidal synthesis of nanocrystals and nanocrystal superlattices // IBM J. Res. & Dev., 2001, V. 45(1), pp. 47−56.
- Binns C. Nanoclusters deposited on surfaces // Surf. Sci. Rep., 2001, V.44(l-2), pp. l-49.
- Richardson J.T. Magnetism and Catalysis // J. Appl. Phys, 1978, V.49(3), 1781−1786
- Guilleux M.F., Delafosse G., Magnetic determination of metallic Ni particles dispersed on X and Y zeolite stuctures // J. Chem. Soc., Faraday Trans I., 1979, V.75 (1), pp. 165−171
- Barbier A., Hanif A., Dalmon J.-A., Martin G.A. Preparation and characterization of well-dispersed and stable Co/Si02 catalysts using ammonia method // Appl. Catal. A., 1998, V.168, pp.333−343
- Gmarchovski L. Binary collision growth of supported metal catalysts particles // Coll. Surf. A., 2002, V.196, pp. 183−191.
- Estournes C., Lutz C. et al. Nickel nanoparticles in silica-gel: preparation and magnetic properties. // J. Magn. Magn. Mater., 1997, V.173, pp.83−92
- Richardson J.T., Crump J.G., Crystallite size distributions of sintered nickel catalyst // J.Catal., 1979, V.57(3), pp.417−425
- Demontgo P., Martin G.A., Dalmon J.A. Granulometry and metallic mass of finelly divided catalysts calculated using magnetization-magnetic field curves // J. Phys. Chem. Solids, 1973, V.34(5), pp. 801−812
- Potton J.A., Daniell G.J. et al. Ferrofluid particle size distributions from magnetization and small angle neutron scattering data // J. Magn. Magn. Mater., 1983, V.39(1−2), pp. 9598.
- Potton J.A., Daniell G.J., Melville D. A new method for the determination of particle size distribution from superparamagnetic measurements // J. Phys. D., 1984, V.17, pp. 1567−1581.
- Zolla H.G., Spaepen F. Size distributuion of Ni precipitates in Ag-Ni alloys determined by maximum entropy analysis of magnetization curves. // Mater. Sci. Eng. A., 1995, V. 204, pp. 71−75.
- Liu B.H., Ding J. et al. Large scale preparation of carbon encapsulated cobalt nanoparticles by the catalytic method // Chem. Phys. Lett., 2002, V.358(l-2), pp.96−102
- Gong W., Li H., Zhao Z., Chen J. Ultrafine particles of Ni, Fe and Co metals // J. Appl. Phys., 1991, V.69(8), pp.5119−5121.
- Walker M., Mayo P.I. et al The magnetic properties of single-domain particles with cubic anisotropy: I. Hysteresis loops. // J.Phys.: Condens. Matter, 1993, V.5, 2779−2792
- Verdez C., Ruiz-Diaz B. et al Computational model of magnetic and transport properties of interacting fine particles // Phys. Rev. В., 2002, V.65(17), Art. № 174 417 pp. 1−10
- Dalmon J.A. PhD thesis. IRC Villerbanne 1971
- Vakros J., Kordulis C., Licourghiotis A. Cobalt oxide supported y-alumina catalyst with very high active surface area prepared by equilibrium deposition filtration method // Lang-muir, 2002, V.18, pp.417−422.
- Okamoto Y., Nagata K. Preparation and characterization of highly dispersed cobalt oxide and sulfide catalysts supported on Si02 // J.Phys.Chem., 1991, V.95, pp. 310−319
- Potoszna-Petru D., Kepinski L. Reduction study of C03O4 model catalysts by electron microscopy // Catal. Lett., 2001, V.73(l), pp. 41−46
- Arnoldy P., Moulijn J.A. Temperature-programmed reduction of C0O/AI2O3 catalyst // J. Catal., 1985, V.93(l), pp. 38−54
- Hilmen A.M., Schanke D., Hanssen K.F., Holmen A. Studying of effect of water on alumina supported Fischer-Tropsch catalyst // Appl. Catal. A., 1999, V.186, pp. 169−188
- Zhang Z., Wei D., Hammache S., Goodwin J.G. Effect of water vapor on the reduction of Ru-promoted Co/A1203 //J. Catal., 1999, V.188, pp. 281−290
- Saib A.M., Claeys M., van Steen E. Silica supported Fischer-Tropsch catalysts: effect of pore diameter of support // Catal. Today, 2002, V.71, pp. 395−402
- Sun S., Tsubaki N., Fujimoto K. The reaction performances and characterization of Fischer-Tropsch synthesis Co/SiCh catalysts prepared from mixed cobalt salts. // Appl. Catal. A, 2000, Y.202, pp.121−131.
- Li J., Jacobs G. et al. Fischer-Tropsch synthesis: effect of small amounts of boron, ruthenium and rhenium on С0/ТЮ2 catalyst. // Appl. Catal. A, 2002, V.223, pp.195−203
- Ernst В., Hilaire L., Kiennemann A. Effects of highly dispersed ceria on reducibility, activity and hydrocarbon chain growth of a Co/Si02 Fischer-Tropsch catalyst // Catal. Today, 1999,413−427.
- Chernavskii P.A., Pankina G.V., Lunin V.V. The influence of oxide-oxide interaction on the catalytic properties of C0/AI2O3 in CO hydrogenation // Catal. Lett., 2000, Y.66, pp. 121−124
- A. Barbier, A. Hanif, J.-A. Dalmon and G.A. Martin. Appl. Catal.A., 168 (1998) pp. 333−343
- P. Weiss and R. Forrer, Ann. Phys. 5, (1926) 153
- Bartholomew C.H., Farrauto R.J. Chemistry of nickel-alumina catalysts. // J. Catal. 1976. V.45. p. 41.
- Falconer J.L., Schwarz J.A. Temperature-programmed desorption and reaction applications to supported catalysts. // Catal. Rev.-Sci. Eng., 1983, V.25, p.141.
- M.B. Stearns, Y. Cheng Determination of para- and ferromagnetic components of magnetization and magnetoresistance of granular Co/Ag films // J.Appl.Phys., 1994, V 75(10), pp.6894−6899.
- P.W. Selwood, Adsorption and Collective Paramagnetism, Academic Press NY, 1962, p. 43
- П. Барре Кинетика гетерогенных процессов. М. «Мир» 1976, с. 394
- Atkinson A. Transport processes during the growth of oxide films at elevated temperatures // Rev. Modern Phys., 1985, V.57(2), pp. 437−470.
- К. Хауффе Реакции в твердых телах и на их поверхности М. ИЛ. 1963, т. 2, с.275
- Zeng Н.С., Lin J., Teo W.K., Loh F.C., Tan K.L. Surface Ni2+ diffusion in sol-gel-derived tetragonal and monoclinic Zr02 matrices // J. Non-Crystalline Solids. 1995. V. 181, P. 49−57
- Choi J.-G., Rhee H.K., Moon S.H., IR, TPR, and TPD study of supported cobalt catalysts Effects of metal loading and support materials // Korean J. Chem. Eng., 1984, V. 1, N. 2, pp.159−164
- Choi J.-G., Choi H.K., Jung M.-K., Oh H.-G., Choi J.O., Characterization of supported cobalt catalysts by TPR and TPD, J.Ind.Eng.Chem. (Korea), 1997, V. 3., N. 3, pp. 235−246
- Choi J.-G., Reduction of supported cobalt catalysts by hydrogen // Catal. Lett., 1995, V. 35 N. 3−4 pp. 291−296
- Moon S.-J., Jeon G.-S., Ihm S.-K., Reduction characteristics of Mo and Co catalysts supported on activated carbon and alumina // J. Korean Inst. Chem. Eng. (Hwahak Kong-hak), 1988, Y. 26, N. 6, pp. 617−624
- Arvanitidis I., Kapalashrami A., Sichen Du, Seetharaman S., Intrinsic reduction kinetics of cobalt- and nickel-titanates by hydrogen // J. Mater. Res., 2000, V. 15, N. 2, pp. 338−346
- Bustnes J.A., Sichen Du, Seetharaman S., Kinetic studies of reduction of CoO and C0WO4 by hydrogen // Metallurg. Mater. Trans. В., 1995, V. 26, N. 3, pp. 547−552
- Zhang J., Liu J., Zhou Т., Wei S., Kinetics of reduction of C03O4 by hydrogen // Acta Metallurgica Sinica (China), 2000, V. 36, N. 8, pp. 837−841