合成气制备乙醇方法路线探究

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合成气是C1化学重要的基础原料,以其为原料进行定向催化转化制备高附加值的化学品是21世纪全球最具挑战的科学难题之一。在众多的研究方向中,致力于煤基合成气定向催化转化制乙醇方法路线的探究,一方面可充分利用我国丰富的煤炭资源减少我国对进口石油的依赖,另一方面可有效改善我国的空气质量。通常来讲,合成气制乙醇可通过直接或间接两种合成路线来实现。在用于直接合成乙醇的催化剂中,Rh基催化剂对C2+含氧化合物尤其是乙醇有相对较高的选择性而被人们广泛研究。虽然合成气直接制乙醇路径催化剂制备简单,催化设备成本相对较低但是该路径反应通道多且产物复杂,乙醇的选择性不高。另一方面,合成气经二甲醚羰基化制乙醇的间接合成路线由于所用催化剂价格低廉而受到人们的青睐。合成气经二甲醚羰基化制乙醇包括合成气制二甲醚过程以及二甲醚羰基化加氢制乙醇过程。其中,合成气制二甲醚过程需要加氢与脱水双功能催化位点的密切配合且催化剂的稳定性问题有待解决。另外,二甲醚羰基化加氢制乙醇过程研究得相对比较成熟,刘中民院士团队联合延长石化集团已针对该过程进行建厂工业化试生产并制备出质量较高的无水乙醇。而合成气间接制乙醇路径虽然可通过将复杂的化学反应进行拆分并通过偶合反应达到提高目标产物选择性的目的,但是该路径工艺复杂、设备投资较高,目前所研制出的催化剂催化性能还有待提高。因此,针对不同的反应路径设计特定催化剂并提高其催化性能以促进合成气制乙醇的工业化生产进程具有十分重要的现实意义。本文介绍了合成气制乙醇催化剂的研究现状,着重进行了Rh基催化剂上合成气直接制乙醇以及合成气经二甲醚羰基化间接制乙醇中的部分研究。在乙醇的直接合成中,制备了不同Rh负载量的催化剂并通过助剂Ce的调节以及分步浸渍的方式优化了催化剂的结构进而提高了乙醇的选择性。在乙醇的间接合成中,采用软模板法制备了介孔氧化铝,将以其作为载体的Cu基催化剂用于合成气直接制备二甲醚反应,高选择性获得用于羰基化合成乙醇的原料。并结合反应结果与XRD、BET、H2-TPR、XPS和TEM等表征手段对设计的催化剂进行分析,揭示了催化剂的催化性能和催化剂结构、元素分布、价态以及金属载体之间相互作用的关系。本文提供了简单的高活性合成气直接制乙醇Rh基催化剂制备方法,为该类催化剂的进一步优化指明了方向;明确了可用于间接制乙醇的二甲醚生成活性位点,为其他合成二甲醚催化剂的制备提供了借鉴。
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