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钌系催化剂是继铁系催化剂之后又一代工业化的氨合成催化剂。工业化钌催化剂主要由活性炭载体、活性金属和助剂三部分组成,这些组分是影响钌系氨合成催化剂的活性和稳定性的重要因素。本文从活性炭载体、钾助剂和钡助剂等入手考察载体性质、反应过程中助剂不同化合物转化等因素对活性炭负载钌催化剂氨合成活性和稳定性的影响,希望能进一步认识钌系氨合成催化剂的失活机理。实验结果表明:(1)在氩气氛中热处理活性炭时,铁的存在可以增大活性炭的石墨化程度,而钾的存在使活性炭在热处理过程中保持原有的比表面积;而同时存在铁和钾,则可以获得高比表面积高石墨化的活性炭载体。此外,温度的增加也有利于活性炭石墨化程度的显著提高。然而,石墨化程度的提高并不能改善钌催化剂的氨合成活性和热稳定性,这说明活性炭载体石墨化程度差异并不是影响钌催化剂热稳定性的最主要因素。(2)钾助剂前驱体的种类影响钌催化剂的氨合成活性和热稳定性,以KNO3为助剂前驱体制备的钉催化剂具有最好的耐热性。钾助剂的引入增加了钌催化剂中羟基的数量;此外,在KOH或者K2CO3为前驱体制备的钌催化剂中有KHCO3的存在。这些因素增加了催化剂在低温时的甲烷生产量,但这些低温甲烷的生成对钌催化剂的氨合成活性影响不大。然而,存在KHCo3的催化剂在低温长时间反应后,KHCO3会被还原。此外,所有钌催化剂在500 °℃的高温热处理会破坏活性炭的结构,导致有更多的CO等碳氧化合物产生,催化剂的稳定性下降。而碳氧化合物的生成伴随着氢的消耗,因此能够用于合成氨的氢原子数量减少,催化剂的氨合成活性显著下降。(3)通过H2,水蒸气,CO,C02四种不同气氛对含钡Ru/AC催化剂进行处理,改变了催化剂中钡助剂的存在形式。研究发现助剂钡的存在可以减少催化剂中活性羟基的数量,经过CO处理的催化剂虽然由于有炭的残留,氨合成反应过程中产生的甲烷最多,但其耐热性能最优。在氨合成过程中水和甲烷的生成是不可避免的,高温热处理或者长时间氨合成反应有利于羟基的脱除,而这将有利于减少水和甲烷的生成,从而使更多的氢原子参与氨合成反应,提高催化剂的氨合成活性和热稳定性。