碳化硅催化剂载体制备工艺的研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wdtt5200
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碳化硅是一种强共价键材料,具有耐高温、抗热震、热导性好、化学稳定性好等优点,如果能利用这些优良性质,并开发出一种远高于市售碳化硅比表面积的多孔材料,这种新型材料无疑将可以作为一种催化剂载体,用于高温、强放热或强腐蚀性的场合。本研究正是从这种目的出发,采用一种不同于Acheson法的制备方式,合成出具有多孔结构的高比表面碳化硅材料,本文称之为“两步法”。采用“两步法”合成的碳化硅是以活性炭为前驱体,将SiO2和Si粉充分混合并在1050~1200℃反应生成SiO蒸气,高温SiO蒸气再与活性炭反应,原位生成SiC。这一制备方法由于大体保留了活性炭的微观结构,使产物有别于传统碳化硅,具有孔系发达、比表面积高等特点,从而可以基本达到催化剂载体材料对比表面积的要求。研究中系统分析了合成温度、反应时间、反应压力、焙烧温度等工艺参数对产物性能的影响,认为合成温度以1080~1100℃为宜,焙烧温度以600~700℃为宜,反应时间则随活性炭形态与反应物质量而变。在最优化的工艺条件下,合成出的碳化硅比表面积可以达到约270m2/g,经焙烧后依然可保持在80~100m2/g。X射线衍射测试表明,产物具有单一的立方体β-SiC晶相结构,不显著含其它物质的衍射峰。氮气等温吸附实验表明,这种方式制备的碳化硅虽然依靠活性炭的模板作用而生成,但其微观结构又略微有别于活性炭,前者比后者具有较大的平均孔径和较小的比表面积,可以认为在原位合成SiC的过程中,活性炭的部分微孔孔壁发生坍塌,导致平均孔宽变大和比表面积缩小。程序升温还原实验发现,催化剂载体碳化硅相对二氧化硅、氧化铝等传统催化剂载体材料而言化学惰性更强,当负载金属氧化物后,其还原峰温度相比于氧化铝、二氧化硅的还原峰温度都要低,表明SiC与金属问的相互作用力较弱,金属氧化物在SiC载体上更易于还原。在前驱体活性炭中掺杂Ni、La、Zr等元素发现,掺杂后的活性炭制备出的碳化硅比表面积有所下降,可能原因是这些金属微粒堵塞了活性炭的微孔。将催化剂载体碳化硅负载Co以后用于费托合成反应,催化剂表现出优良的活性和寿命,反应初期,CO转化率达到了63%,经过近30小时的反应后,这一值依然保持在54%以上,说明该催化剂稳定性较好,评价实验中活性与寿命两项指标均优于SiO2负载的Co催化剂。不过,反应中副产物CH4和CO2的选择性有些偏高,分别为15%和2%,这就导致目标产物C5+烃类收率减低,因此如何降低CH4和CO2的选择性将成为改进该催化剂的方向。
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