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甲烷作为一种燃料,是天然气的主要成分,在工业和民用中都有广泛的应用,并且可作为化工原料用来生产合成气、乙炔、合成氨等,同样具有广泛的应用前景。工业的发展离不开化石燃料的使用,这使得大气中CO2的含量急剧上升,为此,如何降低CO2在大气中的含量并将其转化利用是目前研究的重点。CO2加氢甲烷化是一种高效的CO2转化方法,这不仅可以降低CO2的浓度,而且可弥补天然气的空缺。本研究采用Co基费托合成催化剂作为CO2甲烷化催化剂,考察了不同助剂对Co基催化剂性能和催化活性的影响,具体研究包括以下三方面内容:首先,采用共沉淀法分别制备了Zr、Ce、La改性的Co3O4催化剂,并用于CO2甲烷化反应中。通过XRD、N2吸附脱附、H2-TPR、XPS、CO2-TPD和吡啶吸附红外等手段对催化剂进行表征,结果表明,掺杂Zr、Ce和La减小了Co3O4的晶粒尺寸,也大大增加了催化剂的比表面积,从而为CO2甲烷化反应提供了更多的活性位。其中Zr掺杂可与Co3O4形成Co-Zr物种,降低了Co外层电子密度,更有利于甲烷的生成。结合CO2-TPD和吡啶吸附红外结果,Zr的掺杂大大提高了催化剂的弱碱位强度以及Lewis酸强度,从而更加有利于CO2在催化剂表面的吸附与活化。活性测试结果表明,Zr-Co3O4催化剂具有最好的低温CO2甲烷化活性,在反应温度为200℃、压力0.5MPa、原料气空速3600 mL·gcat-1·h-1 以及 V(H2)/V(CO2)=4 时,Zr-Co3O4催化剂的CO2转化率为58.2%,甲烷的选择性可达到100%,但在20h内的稳定性测试中活性呈下降趋势。其次,为了提高Co3O4催化剂的稳定性能,采用沉淀-沉积法制备负载型Co/TiO2催化剂,考察不同Co负载量对CO2甲烷化性能的影响。结果表明,Co负载量为20%的Co/TiO2催化剂具有较小的Co晶粒尺寸(8nm),CO2-TPD结果表明,20%Co/TiO2催化剂表面具有最多数量的中强碱位,从而在200-400℃范围内可活化更多的CO2。活性测试结果表明,10%Co/TiO2催化剂活性最低,20%Co/TiO2催化剂具有最高的活性,当反应温度为400℃时,20%Co/TiO2催化剂的CO2转化率和CH4选择性可分别达到69.9%和98.3%,且在20h内保持稳定。最后,采用Y掺杂的方式对TiO2载体进行改性,研究结果表明,Y的掺杂减小了 TiO2载体的粒径,增大了 TiO2载体的比表面积,从而使负载于其上的Co颗粒减小,促进了 Co颗粒在TiO2载体的分散,Y掺杂TiO2载体也在一定程度上抑制了 Co物种与TiO2载体的相互作用,促进了高分散Co3O4的还原。此外,Y的掺杂使TiO2载体表面产生更多的氧空位,促进了CO2甲烷化反应过程中CO2分子的活化。Y掺杂量为2.0 wt%的20%Co/Y-TiO2催化剂表现出最好的CO2甲烷化催化活性,在反应温度为350 ℃时CO2转化率和CH4选择性分别为85.9%和99.5%,且在40 h的反应时间内保持稳定。