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元素掺杂维氏体的微结构、结构稳定性和宏观性质

作　者: 李晓飞
导　师: 祝一锋；李小年
学　校: 浙江工业大学
专　业: 工业催化
关键词: 元素掺杂维氏体还原性质歧化微结构
分类号: TQ113.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

维氏体(Fe_1-xO)是典型的非整比氧化物，在工业上主要应用于合成氨催化剂，其结构上的非整比性、晶格的缺位及其氧离子密堆积的立方体中四面体和八面体空隙为掺杂改性提供了有利的结构条件，维氏体在热力学上属于亚稳相，在570℃以下，发生歧化反应而生成Fe和Fe₃O₄。此前的研究主要集中于纯维氏体及多助剂维氏体基合成氨催化剂。本论文研究了不同氧化物掺杂维氏体的微结构特性、结构稳定性和宏观性质，揭示了掺杂氧化物种类及含量对维氏体的微结构特性、结构稳定性和宏观性质的影响及三者之间的内在关系。在研究过程中主要得到了以下结果：（1）考察了CaO、MgO、ZrO₂、BaO、MnO的添加对维氏体还原性能的影响。与未掺杂氧化物的纯维氏体相比，氧化物的掺杂使维氏体的最快还原速率温度有所降低。其中MgO、MnO对还原特征温度的影响较小，CaO、ZrO₂、BaO的加入使维氏体最快还原速率温度降低幅度较大，但CaO的加入却使起始还原温度有所上升。对各个样品还原反应活化能的计算表明，活化能与最快反应速率温度具有对应关系即活化能越大反应越难进行。随着氧化物量的增加，掺杂不同种类氧化物的样品的还原性质呈现出不同的变化规律。掺杂BaO、ZrO₂的样品的特征还原温度随着加入量的增加而降低。掺杂其它几种氧化物的样品，随着加入量的增加，还原特征温度出现先降低后升高的变化。M（o|"）ssbauer谱对样品微观结构的研究表明，维氏体的还原性质与晶格畸变和结晶均匀度密切相关。晶格畸变越大、结晶均匀度越好的样品越容易还原。（2）考察了CaO、MgO、ZrO₂、BaO、MnO的添加对维氏体歧化性能的影响。与未掺杂氧化物的纯维氏体相比，氧化物的掺杂可以不同程度的阻止维氏体的歧化。氧化物阻止歧化能力的大小顺序为：CaO＞MgO＞MnO＞BaO＞ZrO₂，结合M（o|"）ssbauer谱研究结果可知：氧化物阻止Fe_1-xO歧化的能力的大小与离子进入晶格的量和引起晶格畸变的程度两个因素有关，掺杂氧化物维氏体歧化率的变

全文目录

摘要  4-6
英文摘要  6-10
第一章文献综述  10-34
  1.1 概述  10-11
  1.2 维氏体的性质  11-17
    1.2.1 维氏体的晶体结构  11-14
    1.2.2 维氏体的歧化  14-15
    1.2.3 维氏体的还原  15-17
  1.3 维氏体在合成氨工业中的应用  17-23
    1.3.1 铁基合成氨催化剂的发展  17-20
    1.3.2 铁基催化剂的合成氨机理  20-23
  1.4 助剂掺杂对维氏体基合成氨催化剂性能的影响  23-27
    1.4.1 助剂掺杂对等维氏体基催化剂还原性能的影响  23-24
    1.4.2 助剂掺杂对维氏体基催化剂合成氨活性的影响  24-26
    1.4.3 电子型助剂的作用机理  26
    1.4.4 结构助剂对维氏体性质的影响  26-27
  1.5 立论依据和研究内容  27-29
    1.5.1 掺杂元素的选择  27-28
    1.5.2 研究内容  28-29
  参考文献  29-34
第二章实验部分  34-39
  2.1 实验试剂  34
  2.2 样品的制备  34-35
  2.3 元素掺杂维氏体合成氨活性评价  35-36
  2.4 Fe~(2+)／Fe~(3+)测定  36-37
  2.5 元素掺杂维氏体的真空歧化  37
  2.6元素掺杂维氏体的表征  37-39
    2.6.1 XRD表征  37-38
    2.6.2 TG表征  38
    2.6.3 XPS表征  38
    2.6.4 M(o/¨)ssbauer表征  38-39
第三章元素掺杂对维氏体还原性能的影响  39-53
  3.1 不同氧化物对维氏体还原性能的影响  39-42
  3.2 还原反应活化能的计算  42-48
    3.2.1 基本原理  42-44
    3.2.2 实验结果分析  44-48
  3.3 氧化物的含量对维氏体还原性能的影响  48-52
  3.4 小结  52-53
第四章元素掺杂对维氏体歧化性能的影响  53-69
  4.1 不同氧化物对维氏体歧化性能的影响  53-59
    4.1.1 XRD测定物相组成的K值法  53-56
    4.1.2 实验结果分析  56-59
  4.2 温度对维氏体歧化行为的影响  59-63
  4.3 氧化物的含量对维氏体歧化性能的影响  63-65
  4.4 歧化对维氏体还原性能的影响  65-67
  4.5 小结  67-69
第五章元素掺杂对维氏体合成氨活性和热稳定性的影响  69-74
  5.1 不同氧化物对Fe_(1-x)O催化剂活性及热稳定性的影响  69-71
  5.2 氧化物含量对Fe_(1-x)O活性及热稳定性的影响  71-73
    5.2.1 CaO、MgO含量对Fe_(1-x)O基催化剂活性和热稳定性的影响  71-72
    5.2.2 ZrO_2含量对Fe_(1-x)O基催化剂活性和热稳定性的影响  72-73
  5.3 小结  73-74
第六章结论与展望  74-76
  5.1 工作总结  74-75
  5.2 展望  75-76
附录  76-77
致谢  77

元素掺杂维氏体的微结构、结构稳定性和宏观性质

内容摘要

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