用于CO2加氢制甲醇SBA-15负载催化剂性能研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:network_worm
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CO2是自然界参与碳循环的主要碳源,同时也是造成“温室效应”的主要因素。由CO2所造成的一系列环境问题的解决途径主要有以下两种:一是加大节能减排力度;二是实现CO2资源化。通过将CO2加氢合成甲醇不仅可以解决“温室效应”问题,还能产生额外的经济效益。目前铜基催化剂是CO2加H2制甲醇工艺的主流催化剂。然而,反应较低的转化率及选择性依然是最大瓶颈。本文从添加助剂和载体改性的角度出发,分别探究了不同助剂及载体改性对甲醇选择性的影响。首先以介孔SBA-15为载体,采用传统过体积浸渍法制备出了含不同助剂的Cu/SBA-15、Cu-Zn/SBA-15、Cu-Zn-Mn/SBA-15及Cu-Zn-Zr/SBA-15系列催化剂。并结合了一系列表征手段(XRD、BET、XPS和TEM等)对催化剂的物理化学性质进行了研究。结果表明,Zr物种促进了Cu的分散并减小了其晶粒尺寸,而Zr-O簇的形成则为甲醇合成提供了有效的碱性位点,使得Cu-Zn-Zr/SBA-15的催化性能明显高于另外两者。该催化剂具有较高的氧空位浓度,更有利于甲醇生成。通过Zr以不同方式对SBA-15改性后获得了两种不同载体:Zr/SBA-15和Zr-SBA-15,并以传统浸渍法合成了Cu-Zn/SBA-15、Cu-Zn@Zr/SBA-15、Cu-Zn/Zr-SBA-15系列催化剂,研究了不同Zr改性方式对催化剂性能的影响。原位CO2吸附实验表明,多孔载体SBA-15能大大促进催化剂对CO2的吸附,且经Zr改性后的催化剂能促进CO2解离为线性或桥型*CO,进而转化为单齿甲酸盐及双齿甲酸盐。而未经改性的Cu-Zn/SBA-15则将活化后的*CO2羟基化为碳酸氢盐,再进一步转化为双齿甲酸盐物种。DRIFTS结果表明,上述催化剂在二氧化碳加氢过程中均经过甲酸盐路径。此外,研究中还探讨了Zr量对催化剂性能的影响。研究表明,仅有极少量的Zr能取代Si进入到SBA-15的骨架结构中,且Zr/Si摩尔比为0.05效果最好。最后,通过合成含不同La量的Cu-Lax/Zr-SBA-15系列催化剂,探讨了金属La和载体的相互作用。结果表明,La物种首先是通过和SBA-15骨架结构中的Zr作用,促进了Cu和La在催化剂表面的分散程度,增强了Cu-La间相互作用,进而促进甲醇生成。
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