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CO2的过度排放会对人类健康、环境和生态系统造成重大危害。将CO2转化为有价值的化学物质和燃料,如甲醇(CH3OH),是目前解决CO2过度排放一种行之有效的方法。对CO2加氢制CH3OH来说,催化剂的活性会直接影响CO2转化率(XCO2)和CH3OH选择率(SCH3OH)。常用的催化剂主要为铜基催化剂,但是单纯的铜基催化剂存在着比表面积小、活性组分分散性差和高温下易失活等缺点。水滑石(LDH)具有晶体尺寸小、酸碱表面特性可控等和高温下不易烧结等优点,广泛应用于氢化和聚合等反应体系中需要碱性环境的化学反应。但LDH的比表面积一般比较小(约520 m2·g-1),焙烧之后形成的复合金属氧化物(LDO)的活性中心极易团聚,影响其催化性能。本研究主要采用共沉淀法制备了CuZnAl-LDH(CZA-LDH),通过高温煅烧得到CuZnAl-LDO(CZA-LDO);引入聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和三乙醇胺(TEA)对制备的CZA-LDH样品进行了改性,经500°C煅烧得到CZA-LDO;引入氧化石墨(GO),制备了含还原氧化石墨烯(RGO)的CZA-LDH,经煅烧得到CZA-LDO/RGO。采用XRD、FT-IR、SEM、TEM和XPS等对催化剂的结构与形貌进行了表征;采用CO2-TPD和H2-TPD对样品的化学吸附性能进行了测试;用固定床反应装置对催化剂的性能进行了评价。结果表明:(1)以Cu(NO3)2·3H2O、Zn(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O为原料,以NaOH和Na2CO3为沉淀剂,采用共沉淀法制备了CZA-LDH,其中Cu:Zn:Al的摩尔比分别为1:1:0.2、1:1:0.4、1:1:0.6和1:1:0.8。所得样品不含其他杂质,呈六边形片层状,分散较均匀。当Cu:Zn:Al摩尔比为1:1:0.6时,样品催化性能最优,XCO2和SCH3OH分别为12.1%和42.3%。这是由于适量的Al3+不但可以提高催化剂的比表面积和活性组分的分散性,而且可以调变催化剂表面的酸碱性,有助于提高催化剂对CO2的吸附量。(2)以Cu(NO3)2·3H2O、Zn(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O为原料,以NaOH和Na2CO3为沉淀剂,采用共沉淀法制备了CZA-LDH,并在制备过程中引入PEG,PVP和TEA,经煅烧后得到改性后的催化剂。改性后的催化剂规则的晶体结构发生一定程度的畸变,大量的絮状物覆盖着晶粒的表面,催化剂的表层变得疏松。引入TEA得到的CZA-LDO/TEA表现出最优的性能。当温度、压力和空速为250°C、3 MPa和3000 h-1时,XCO2和SCH3OH分别为17.2%和54.3%,较CZA-LDO分别提高了5.1%和12%。这是因为TEA能够破坏表面晶体结构,促进催化剂中CuO组分的还原,使催化剂表面的活性组分数量提高,CO2和H2的化学吸附能力也随之提高,从而提高了催化剂的催化性能。(3)以Cu(NO3)2·3H2O、Zn(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O为原料,采用水热法制备了CZA-LDH/RGO,经煅烧得到CZA-LDO/RGO。CZA-LDO/RGO催化剂是由六边形CZA-LDO分级纳米片组成,大小为100 nm,并分散在薄纱状的RGO上。H2和CO2的吸附量随着RGO的增加先增大后减小。当RGO含量为4%时,CZA-LDO/RGO催化剂具有最优化的性能,在温度、压力和空速分别为250°C、3 MPa、3000 h-1时,XCO2和SCH3OH分别为22.1%和56.8%,较CZA-LDO提高了4.9%和3.5%。这是由于金属离子与RGO的协同作用,使CZA-LDO在RGO上具有良好的分散性,增加了Cu的暴露面积,加速了表面溶质的扩散。同时RGO的存在使催化剂的H2吸附能力提高,提供了良好的还原氛围,防止催化剂在高温反应时失活。