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本文致力于寻找一种比铁氨合催化活性高且价格比钌低廉的新型金属氨合成催化剂。从氨合成速率与N-M结合能之间函数关系出发,选用Co作为氨合催化剂活性组分,并以添加有效助剂的方式优化其催化性能。采用N2物理吸附、透射电镜(TEM)、X-射线粉末衍射、能量色散X射线光谱仪(EDS)、酸度计等表征手段初步考察了催化剂制备工艺、载体预处理及助剂组成对Co/C体系催化剂物理化学性能的影响,并在旋转磁场下评价其催化活性。制备工艺对催化剂性能的影响:采用超声浸渍法、添加助剂前还原-钝化-焙烧制备Co/C体系负载型催化剂,结果发现:在浸渍过程中施加超声波辐照,可以缩短浸渍时间,抑制浸渍液Co(NO3)2形成胶束,有利于金属颗粒的细化,减小金属粒径尺寸,消除团聚现象,疏通活性组分孔道,提高其在载体表面的分布状态。增大催化剂比表面积、孔容及孔径,从而增强催化剂表面对氮、氢分子的活化能力。440℃下氨合速率可提高4.8 %。添加助剂Ba前,还原-钝化再经焙烧的Co/C催化剂,金属钴在焙烧过程中与空气中的氧可能生成了钴氧化物,活性组分钴与充氧的活性炭载体之间存在较强烈的相互作用,从而引起钴颗粒在载体上的再分散。活性测试结果证明,相同条件下Ba-CoR+P+C/C催化剂的氨合速率比Ba-CoR+P/C高15 %。炭载体不同处理对催化剂活性的影响:活性炭经900℃氢气氛处理,消除了高电负性吸电子基团,其比表面积、孔容与起始炭材料相比,基本保持不变,但并未出现石墨化迹象。而进一步经5 M的硝酸-氨水改性后,中孔数目及孔容有所增加,比表面积比提高近15 %。炭载体的亲水性增强,改善了金属Co在炭表面的分散度。测试结果表明,以高温氢气氛-硝酸-氨水处理的活性炭为载体的催化剂活性最高为7.15μmol·s-1·g-1,可使催化活性提高15 %。助剂的促进作用与促进剂的碱性强弱相一致。Ba是Co/C体系氨合催化剂中最为有效的助剂,其次为Ce>La>K,当Co的负载量为8 wt %时,Ba、K、La、Ce与Co物质的量比分别为0.8,0.45,0.4,0.6时,催化剂活性达到最高,进一步提高助剂含量,氨合成活性有所下降。且双助剂的促进作用比单助剂好。旋转磁场对Co催化剂性能影响:旋转磁场可使金属Co磁化,增加混合气体在催化剂表面的吸附活化能力,磁场效应可解除氢键的缔合作用,对加速反应起辅助作用,能缩短活性达到最高值的时间。加快产物从催化剂表面脱落的速度,氮分子活化后,提高自由基反应的速率和转化率。结果表明,440℃,氮氢混合气流量45 ml/min(V N2:V H2=1:3)时,30 V旋转磁场的作用下,氨合成速率可提高约2 %。