【摘 要】
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将CO2资源化利用可以有效解决当前存在的诸多环境问题,甲醇是化工生产过程所需的重要化学品之一,利用CO2加氢制甲醇,可在消耗CO2的同时有效缓解当前甲醇需求的缺口。Cu基负载型催化剂是当前CO2加氢制甲醇反应的主流催化剂,但Cu基催化剂存在甲醇选择性低、高温稳定性及耐硫性差等问题。金属氧化物催化剂在较高反应温度下具有较高的甲醇选择性,并可有效抑制逆水煤气变换反应的发生,本文提出构建ZnO-ZrO2
【基金项目】
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国家自然科学基金项目区域创新发展联合基金重点项目（U20A20124）； 宁夏回族自治区重点研发计划重大项目（2018BCE01002）； 宁夏回族自治区自然科学基金创新群体项目,（2022AAC01001）；
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将CO2资源化利用可以有效解决当前存在的诸多环境问题,甲醇是化工生产过程所需的重要化学品之一,利用CO2加氢制甲醇,可在消耗CO2的同时有效缓解当前甲醇需求的缺口。Cu基负载型催化剂是当前CO2加氢制甲醇反应的主流催化剂,但Cu基催化剂存在甲醇选择性低、高温稳定性及耐硫性差等问题。金属氧化物催化剂在较高反应温度下具有较高的甲醇选择性,并可有效抑制逆水煤气变换反应的发生,本文提出构建ZnO-ZrO2-Mn2O3三元金属氧化物催化剂进行CO2加氢制甲醇,并从制备方法、催化性能评价、反应工况条件等方面开展了工作。具体内容如下:1、研究了 ZnO-ZrO2-Mn2O3复合金属氧化物催化剂的制备及催化性能。首先比较了共沉淀法与溶胶凝胶法两种制备方法对ZnO-ZrO2-Mn2O3催化剂结构与催化性能的影响,结果表明共沉淀法制备的ZnO-ZrO2-Mn2O3催化剂孔隙结构较好且具有最佳的催化性能。用共沉淀法制备催化剂,探讨了 Mn、Zr质量分数对ZnO-ZrO2-Mn2O3催化剂催化性能及结构性质的影响。2、通过催化剂评价发现5%Mn质量分数的ZnO-ZrO2-Mn2O3与30%Zr的ZnO-ZrO2-Mn203具有较好的结构与较优的催化性能。其中5%Mn质量分数的ZnO-ZrO2-Mn2O3催化剂在反应中甲醇选择性为88.02%,CO2转化率为6.26%,甲醇STY为0.31 gCH3OH·h-1·gcat-1,分别是ZnO-ZrO2的1.35、1.06和1.35倍;30%Zr的ZnO-ZrO2-Mn2O3催化剂在反应中甲醇选择性为82.34%,CO2转化率为5.92%,甲醇时空收率（STY）为0.28 gCH3OH·h-1·gcat-1,分别是ZnO-Mn2O3的1.23、0.99和1.22倍。其中5%Mn质量分数的ZnO-ZrO2-Mn2O3展现出了最优的催化性能。3、通过考察5%Mn质量分数的ZnO-ZrO2-Mn2O3催化剂催化反应过程中反应温度、反应压力及反应空速对催化性能的影响,得出该催化剂二氧化碳制甲醇的反应的最佳反应条件为:反应温度320℃,反应压力5.0 MPa、反应空速（GHSV）14400 ml/g·h。在该条件下对催化剂进行了 72 h的催化反应稳定性测试,测试后催化剂催化性能未出现下降趋势,仍保持较稳定的状态,反应前后催化剂的晶相保持相对稳定,未出现烧结情况且孔隙结构良好,催化剂反应前后的Ov与OL比例并未发生明显变化,氧空位在长时间的反应过后持续存在。
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