完全液相法Cu/Zn/Al催化剂的制备及其催化合成制备乙醇的研究

摘要

能源是人类生存与经济发展的主要物质基础，然而随着全球经济持续、快速发展，能源短缺、环境污染、生态恶化等问题日益突出，能源供需矛盾日益突显。当前世界能源消费以煤、石油、天然气等化石资源为主，然而化石能源面临日益枯竭的困境，因此急需开发各种化石能源的替代品。乙醇作为一种清洁、高效、可再生的液体燃料而受到人们的广泛关注。现行的各种乙醇制备方法均存在诸多不足，针对我国“富煤、贫油、少气”的能源现状，发展以煤基合成气催化合成乙醇的工业路线更符合我国可持续发展的要求。合成气制乙醇为我国煤炭资源的清洁利用开辟了新的路径，对提高我国粮食安全与能源安全具有重要的战略意义。
　　本课题组在前期利用完全液相法制备的Cu/Zn/Al催化剂合成甲醇的过程中，意外的发现伴有高浓度的乙醇生成，但重复性较差。本文在前期研究的基础上，利用完全液相法，通过改变催化剂前驱体制备过程中异丙醇铝的水解温度、水解时间以及热处理过程中液体石蜡的加入量等制备条件，以期重复出催化活性、乙醇选择性以及稳定性均较好的Cu/Zn/Al浆状催化剂，并利用XRD、H2-TPR、BET和XPS技术对催化剂进行了表征，与催化剂性能关联后，得出结论如下:
　　1.催化剂前驱体制备过程中异丙醇铝不同的水解温度、水解时间以及热处理过程中液体石蜡加入量的变化对催化剂的活性影响较大，其中调变液体石蜡加入量的催化剂活性最好。CO转化率可以达到20.7％，乙醇选择性可以达到4.1％。
　　2.高选择性的生成乙醇，需要催化剂中具有高含量的氧化态Cu物种(Cu2O)，且Cu物种与载体之间要有较强的相互作用力。其对乙醇选择性的影响要大于Cu物种含量对乙醇选择性的影响。
　　3.催化剂的表面织构对催化活性有一定影响，但并非影响催化活性的主要因素。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 选题意义及背景

1．2 乙醇的性质与用途

1．3 目前工业上乙醇的生产工艺

1．3．1 粮食发酵法

1．3．2 乙烯水合法

1．4 乙醇制备的新探索——合成气制乙醇

1．5 合成气制乙醇的主要催化剂及催化反应机理的研究

1．5．1 Rh基催化剂

1．5．2 改性F-T合成催化剂

1．5．3 Mo基催化剂

1．5．4 改性甲醇催化剂

1．6 课题组研究现状

1．7 本文研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验仪器及药品

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验药品

2．2 催化剂的制备

2．3 催化剂活性评价

2．3．1 催化剂性能测试

2．3．2 产物分析方法

2．3．3 活性评价计算方法

2．4 催化剂表征

2．4．1 XRD表征

2．4．2 H2-TPR表征

2．4．3 BET表征

2．4．4 XPS表征

第三章 异丙醇铝水解温度对催化剂结构和性能的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 Cu／Zn／Al催化剂的制备

3．2．2 Cu／Zn／Al催化剂活性评价与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 Cu／Zn／Al催化剂活性评价

3．3．2 XRD表征

3．3．3 H2-TPR表征

3．3．4 BET表征

3．3．5 XPS表征

3．4 本章小结

第四章 异丙醇铝水解时间对催化剂结构和性能的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 Cu／Zn／Al催化剂的制备

4．2．2 Cu／Zn／Al催化剂活性评价与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 Cu／Zn／Al催化剂活性评价

4．3．2 XRD表征

4．3．3 H2-TPR表征

4．3．4 BET表征

4．3．5 XPS表征

4．4 本章小结

第五章 热处理过程中液体石蜡的加入量对催化剂结构和性能的影响

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 Cu／Zn／Al催化剂的制备

5．2．2 Cu／Zn／Al催化剂活性评价与表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 Cu／Zn／Al催化剂活性评价

5．3．2 XRD表征

5．3．3 H2-TPR表征

5．3．4 BET表征

5．3．5 XPS表征

5．4 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

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