二氧化碳加氢合成乙醇催化剂的制备及性能研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:surfing203
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为减少大气中CO2浓度不断攀升可能带来的环境和生态问题,探求CO2的转化利用迫在眉睫。其中,CO2催化加氢合成乙醇是一条理想途径,其不仅可以实现工业生产中的碳循环利用,而且还可以得到具有较高的能量密度、可作为汽油添加剂和工业中间体等使用的乙醇。而实现CO2催化加氢合成乙醇的关键在于高效催化剂的开发。本论文首先考察了Cu基催化剂在CO2加氢合成乙醇中的助剂效应。在Cu/Zr O2催化剂中分别引入Fe、Mn、Ni、La、Co等的金属氧化物,考察不同金属氧化物引入后对催化剂结构和性能的影响。实验结果表明,助剂的引入提高了催化剂的热稳定性,增加了其比表面积和孔容,但皆使Cu O的还原温度提高。不同助剂引入使得Cu基催化剂的反应性能产生明显差异。其中,Mn O2的引入有利于提高催化剂的活性,Ni O、Fe2O3的引入有助于促进生成低碳烷烃,La2O3和Co3O4使催化剂的乙醇选择性增强,特别是Co物种显示出了较强的加氢能力和碳链增长能力。为优化催化剂的反应性能,考察了制备方法对CO2加氢合成乙醇Cu基催化剂结构和性能的影响。研究表明,分散沉淀法所得催化剂具有较好的可还原性,其对CO2的吸附能力较强,使得该催化剂展现出更高的CO2转化率。而固态反应法所得催化剂的Cu-Zr间相互作用强于分散沉淀法的,该催化剂显示出较高的乙醇时空收率。为进一步优化催化性能,分别采用分散沉淀法和固态反应法制备了Co/Zr O2催化剂。研究结果表明,固态反应法制备的催化剂具有较多的氧空穴,与分散沉淀法制备的催化剂相比显示出了优异的CO2转化率,且其对乙醇的选择性也较高,这主要归因于Co O具有较高的(111)晶面暴露率。在确定Co基催化剂较优制备方法的基础上,利用固态反应法优化了活性组分的负载量,确立了当Co3O4的负载量为10.5wt%时,所得催化剂对乙醇的时空收率最高。此外,本论文研究了碱钴比和还原温度对非负载型钴催化剂结构和性能的影响。实验结果表明,碱钴比对催化剂的结构和性能影响显著,适宜的碱钴比赋予催化剂单晶介孔结构,且催化剂显示了较强的CO2活化能力,对CO2的转化率高于75%,对乙醇的时空收率高达6.85 mmol·g-1·h-1。还原温度的增加提高了催化剂的还原度,但过高的还原温度会引起Co物种烧结,使催化剂活性大幅降低。
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