水热碳修饰的二氧化钛载体负载钴基催化剂的费-托合成性能研究

摘要

近年来，采用费-托合成反应取代传统石油途径来获得清洁液体燃料与化学品的研究得到各国的广泛关注。而开发高效费-托合成催化剂是费-托合成技术发展的关键问题之一。本论文以葡萄糖为碳源，P25为钛前驱体，采用水热法制备出水热碳修饰的TiO2载体，并负载钴催化剂开展了研究，采用X-射线粉末衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、氮气物理吸附-脱附、拉曼光谱、热重分析（TGA）、X-射线光电子能谱（XPS）、氢气程序升温还原（H2-TPR）、氢气程序升温脱附（H2-TPD）等技术对载体和对应催化剂进行了表征。在固定床反应器上对催化剂进行了费-托合成性能评价。主要研究内容包括：比较了水热碳、SiO2、Al2O3分别修饰的TiO2负载的钴催化剂的结构和费-托合成催化性能；研究了焙烧对水热碳结构及水热碳修饰的TiO2负载的钴催化剂的费-托合成催化性能的影响；研究了水热碳层的厚度对钴催化剂的费-托合成催化性能的影响。结果表明：
　　（1）SiO2引入TiO2载体提高了钴催化剂的还原性，Al2O3的引入提高了催化剂的钴分散度，因此催化剂性能均得到提高；
　　（2）水热碳修饰的TiO2载体，在载体表面引入了表面官能团、羟基和羧基等多支链结构，能对钴金属进行还原和锚定，催化剂的还原度和分散度同时得到提高，表现出最佳的费-托合成催化性能；
　　（3）经过高温焙烧后，碳层上的官能团的种类发生了改变，由原来的羧酸基团为主转变为酸酐和醛酮类。焙烧前表面碳的组成为sp3和sp2型碳，并且链式结构和环式结构并存，支链较多；焙烧后sp3碳减少，主要以sp2型存在，且以环式结构为主。因此未经过高温焙烧的载体能抑制催化剂焙烧和还原过程中钴金属的迁移，形成高分散的催化剂，从而获得高的催化性能。
　　（4）随着碳壳层厚度的增加，钴金属与载体的相互作用发生改变，从而使不同碳层厚度的催化剂表现出不同的催化性能，当碳层为7nm时，催化剂表现最佳活性。

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第一章 绪 论

1.1 费-托合成

1.2 费-托合成催化剂

1.3 水热碳

1.4 课题选题目的及研究内容

第二章 实验部分

2.1 载体的合成及催化剂的制备

2.2 催化剂的表征

2.3 催化剂费-托合成催化性能反应活性评价

第三章 不同材料修饰的TiO2载体负载的钴基催化剂性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 水热碳包裹TiO2载体负载的钴基催化剂性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 不同碳层厚度的水热碳包裹TiO2载体负载的钴基催化剂性能研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

全文总结

参考文献

致谢

附录 硕士学习期间撰写的学术论文