聚合物前驱体法制备CuO-ZnO-ZrO2催化剂及其催化CO2加氢合成甲醇的催化性能

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众所周知,越来越严重的二氧化碳排放导致了温室效应的加剧。另一方面,CO2在本质上是一种有价值的碳资源,可以转化为有用的化学品和燃料。由于甲醇是一种重要的溶剂,并且是生产化学品和燃料添加剂的原料,许多研究人员都集中于CO2加氢合成甲醇的研究,这对社会的可持续发展具有重要意义。聚合物前驱体法被广泛地用来制备掺杂的纳米粉体,归结于得到的粉体具有精准的化学配比和较大的比表面积,但尚未用于CuO-ZnO-ZrO2催化剂的制备。本文采用聚合物前驱体法制备CuO-ZnO-ZrO2催化剂,考察了乙二醇的含量、焙烧温度和络合剂对其催化CO2加氢合成甲醇反应性能的影响,并且与其它制备方法进行了比较,得到如下结果:一、乙二醇含量对聚合物前驱体法制备CuO-ZnO-ZrO2催化剂的影响当柠檬酸(CA)和金属离子的摩尔比为2时,随着制备过程中乙二醇含量(EG与CA的摩尔比分别为1,2,3)的逐渐增加,所制备CuO-ZnO-ZrO2催化剂的甲醇收率逐渐降低。与催化剂的表征结果进行关联,结果表明CuO-ZnO-ZrO2催化CO2加氢合成甲醇的反应活性不仅与其金属Cu的比表面积(SCu)有关,还与铜和其它氧化物(ZnO和ZrO2)之间的相互作用有关。二、焙烧温度对聚合物前驱体法制备CuO-ZnO-ZrO2催化剂的影响随着焙烧温度的升高,所制备CuO-ZnO-ZrO2催化剂的二氧化碳转化率和甲醇的收率均呈现火山型的变化趋势,并且催化剂中逐渐产生了单斜相的氧化锆(m-ZrO2),从而有利于甲醇选择性的提高。其中,焙烧温度为400°C制备的催化剂具有较大的SCu和二氧化碳转化率。另外,合成甲醇反应的活性主要取决于SCu。三、络合剂对聚合物前驱体法制备CuO-ZnO-ZrO2催化剂的影响考察了络合剂(柠檬酸、酒石酸、甘氨酸、草酸和EDTA)对聚合物前驱体法制备的CuO-ZnO-ZrO2催化性能的影响,结果表明不同的络合剂导致催化剂的比表面积和SCu发生较大的变化,但催化剂的比表面积不是影响催化性能的主要因素。合成甲醇反应的活性不仅与SCu的大小有关,还与Cu与其它氧化物组分之间的相互作用有关。其中,柠檬酸作为络合剂所制备的CuO-ZnO-ZrO2催化性能最佳。四、制备方法对CuO-ZnO-ZrO2催化性能的影响将聚合物前驱体法与共沉淀法、EDTA-柠檬酸络合法和聚合物络合溶液法进行了比较,结果表明,聚合物前驱体法制备的CuO-ZnO-ZrO2催化剂具有更高的甲醇收率和甲醇选择性,而且操作过程简单,是一种制备CuO-ZnO-ZrO2催化剂较为实用的方法。
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