CuO-ZnO-ZrO2/HZSM-5双功能催化剂催化二氧化碳加氢性能研究

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以CO2为主的温室气体排放日趋成为全球关注的焦点,研究表明,仅对温室效应而言,CO2的贡献率超过50%,高于其他所有温室气体的总和。可以预见,愈发严重的温室效应将会使整个地球的生态以及自然界的碳循环平衡遭受毁灭性的破坏。因此,从长远发展的大局出发,转换经济发展模式、减少CO2的排放势在必行。同时,CO2廉价易得、储量丰富的特点也让许多学者开始尝试将其转化成清洁高效的能源产品。利用CO2加氢制备二甲醚(DME)既能解决二氧化碳排放量过大引起的环境问题,又可以在一定程度上缓解能源紧缺的问题。本文首先系统地探究了复合双功能催化剂的制备条件包括沉淀剂、铜锌比、沉淀温度、焙烧温度、加氢组分(CuO-ZnO-ZrO2)与脱水组分(HZSM-5)的质量配比以及超声处理对其物化性质和催化活性的影响,并利用XRD、H2-TPR、BET、NH3-TPD等表征技术对双功能催化剂进行表征。结果表明:在一定的反应条件下,采用无水碳酸钠作为沉淀剂、Cu/Zn=5:4、沉淀温度为70℃、焙烧温度为350℃、双组份配比为3、超声处理等条件制备的复合双功能催化剂活性较理想,CO2转化率为27.87%,DME选择性达到70.8%,DME收率为19.73%;然后,考察了反应条件(反应空速、反应温度以及反应压力)对催化剂反应性能的影响,初步确定了体系的最佳反应条件:T=250℃,P=3.0MPa,GHSV=2400 ml·gcat-1·h-1。此外,本论文还考察了助剂(CeO2、La2O3、Al2O3、TiO2)对催化剂结构和催化活性的影响,并利用XRD、BET、H2-TPR、NH3-TPD、ICP、XPS、SEM等表征技术对催化剂进行表征。研究发现助剂CeO2、Al2O3、TiO2均在一定程度上有利于CuO的分散,增大催化剂的比表面积、改变催化剂的酸性分布,提高催化剂的活性。特别是TiO2修饰改性的复合双功能催化剂的催化活性最高,CO2转化率为30.81%,DME选择性达到71%,收率21.87%。
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