Cu基催化剂结构对其一氧化碳加氢合成低碳醇性能的影响

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长期以来能源问题一直是世界关注的焦点之一,传统的化石能源作为不可再生能源,其价格高居不下,且伴随着一系列的环境问题,因此,目前寻求一种经济且环保的能源材料代替传统化石燃料变得迫在眉睫。低碳醇作为一种清洁、高效、应用广泛的能源材料受到广泛关注,开发合成低碳醇催化剂及工艺流程,对社会的发展具有深远的意义。本课题组前期研究发现采用溶胶凝胶法制备的CuZnAl前驱体有助于提高催化剂合成低碳醇的选择性,但对于影响催化剂活性的关键结构尚未明确。故本文在前期研究基础上,通过改变催化剂的加料顺序、复合不同金属、添加助剂、改变焙烧温度等工艺参数以获得结构差异明显的20个催化剂作为研究样本,并对所有催化剂进行结构表征和活性评价。本文一方面通过直观分析的方法,关联催化剂的表征数据和活性评价结果寻找催化剂结构对催化剂活性的影响规律;另一方面采用线性回归分析的方法分析所有实验数据,尝试获得影响催化剂活性的关键结构因素。经过研究,得到以下结论:1.采用溶胶凝胶法制备Cu基催化剂时,加料顺序采用CuZn溶液向Al溶胶中滴加的方式,焙烧温度为923 K时有利于提高催化剂CO转化率、C2+OH和总醇的选择性。2.催化剂制备过程中不同加料顺序、复合不同金属、添加助剂、改变焙烧温度均会影响催化剂的结构与性能,但是直观分析所有表征与活性数据无法获得简单且普遍的相关性结论。3.对催化剂所有表征数据与C2+OH选择性进行线性回归分析,发现单因素对C2+OH选择性影响不显著。C2+OH选择性受中强碱量、强碱量、耗氢量、反应前比表面积、反应后比表面积5个因素的共同影响,根据各个因素的正负相关性,C2+OH选择性的提高催化剂需同时具备以下结构特征,(1)适当的提高中强碱量,降低强碱量;(2)增加催化剂中可还原Cu物种的含量,即增加其耗氢量;(3)增大反应前催化剂的比表面积,并抑制反应后比表面积进一步变大,使催化剂具有稳定的织构。4.对催化剂所有表征数据与CnHm选择性进行线性回归分析,发现CnHm选择性受单因素耗氢量的影响,提高催化剂的耗氢量,可降低产物中CnHm的选择性。
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