论文部分内容阅读
甲醇作为一种极其重要的有机溶剂及工业原材料,在各个领域中普遍使用。将甲醇转化为液态燃料已经被深入研究。传统的对甲醇转化为其他燃料的生产方式有甲醇重整制H2,甲醇制烯烃,甲醇制丙烯,甲醇制汽油等。本论文以Fe基金属氧化物为催化剂,有别于传统的制烃途径,实现了甲醇一锅催化转化为烃。首先,甲醇重整产生的氢气和一氧化碳,其次,该气体产物再经费托合成反应生成烃类产物。Fe基金属氧化物催化剂不但催化甲醇重整,也催化费托合成反应。此研究为甲醇催化制备液体燃料和有机化学品开辟了新路径。本论文的主要研究内容及成果如下:首先,采用水热法合成出一系列MFe2O4(M=Ni、Zn、Mn、Co、Fe)催化剂,然后采用XRD、SEM、N2物理吸附-脱附、H2-TPR、XPS等多种手段进行表征,并进行了甲醇转化活性评价。结果表明,气体产物中主要组分为H2、CO、CH4和CO2。催化剂中MFe2O4中M元素对于液相产物中烃类含量有一定的影响,其中,催化剂ZnFe2O4展现出最好的催化活性,主要液体产物中C6-C21烃类的相对百分量可以达94%。其次,为考察MFe2O4内金属间的相互做用及在MFe2O4基础上引入第三种金属Co对反应活性的影响,采用溶剂热法制备了一系列MO(M=Ni、Zn、Mn、Co、Fe)单金属及M0.5Co0.5Fe2O4(M=Ni、Zn、Mn)催化剂,并评价了这两类催化剂甲醇催化转化性能。结果显示,气体产物中主要组分为H2、CO、CH4和CO2,单金属催化剂(除Fe3O4和Co3O4催化剂)催化所得液体产物无烃类物质生成,Fe3O4,Co3O4催化剂及三金属催化剂所得液相产物中的主要组分为C6-C21烃类。第三中金属元素Co的添加对于液体产物中C6-C21烃类的收率有着显著的影响。相比于对应的MFe2O4催化剂,加入第三组分Co后,M0.5Co0.5Fe2O4(M=Ni、Zn、Mn)催化甲醇所得液体产物中C6-C21烃类含量降低,这是由于Co元素引入促进甲烷化反应。最后,对ZnFe2O4催化剂催化甲醇反应条件进行优化,依次研究了反应温度、时间、催化剂加入量以及负载后对反应结果的影响。最优反应条件为:反应温度T=300℃,反应时间t=120 min,加入催化剂量m=0.5g。在优化后的反应条件下,甲醇的转化率为26%液体产物中C6-C21烃类的相对含量为96.1%。在催化剂循环反应中,甲醇催化转化率,生成气体产物的质量和气体产物和液体产物中各成分相对含量在合理的范围内波动,这证实了Zn Fe2O4催化剂拥有良好的稳定性和可循环性。负载后的ZnFe2O4催化剂,液体产物中C6-C21烃类产率和相对百分量反而降低。