碳化硅负载钴基费托合成催化剂的制备与性能调控研究

摘要

费托合成(FTS)是将从煤、生物质、页岩气和天然气中获得的合成气转化为绿色燃料和高附加值化学品的过程，因其原料气来源广及产物绿色环保而备受关注。费托合成是一个强放热反应，其催化剂常因热点的形成导致失活。而碳化硅具有一般催化剂载体不具备的优点:良好的导热性、耐腐蚀、机械强度高等。因而，高比表面积的碳化硅作为费托合成催化剂的载体受到广泛的关注。　　本课题首先以商业的SiC为载体，系统地探究了制备方法、SiO2助剂、La2O3助剂对Co/SiC催化费托合成反应性能的影响，并在此基础上，制备了一种具有蜂窝状孔的Co/SiC催化剂。　　溶胶法制备的催化剂打破了“还原度和分散度”相互制约的规律，从而含有更多的活性位，表现出更低的CH4选择性和更高的C5+选择性，且稳定性最好。SiO2助剂的加入使催化剂的比表面积增大，有利于催化剂的活性组分在载体表面的分散。并增强了钴与载体之间的相互作用，减少催化剂的聚集，流失。15％Co/3.0％SiO2-SiC催化剂表现出了最好的催化稳定性。在产物选择性方面，SiO2加入略使甲烷选择性增加，C5+选择性有所降低，但依然保持较高的选择性，并且有利于煤油的生成。　　加入的La2O3助剂与钴物种之间存在着一定的相互作用，有利于钴物种的分散，显著提高了催化剂的初始活性。在产物选择性方面，有助于汽油的生成。在催化剂稳定性方面，15％Co/2％La2O3-SiC催化剂表现出了最好的催化稳定性。　　与粉末状的催化剂相比，具有蜂窝状孔的15％Co/SiC催化剂表现出更低的CH4选择性和更高的C5+选择性。说明这种孔结构有利于气液传质，减少积碳。并通过添加助剂TiO2来增强钴-载体的作用力，提高钴物种的分散，减少其聚集或流失。15％Co/5.0％TiO2-SiC催化剂表现出了最好的催化稳定性。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 费托合成钴基催化剂的研究现状

1．2．1 活性组分的影响

1．2．2 助剂的影响

1．2．3 载体的影响

1．2．4 制备方法的影响

1．3 高比表面积碳化硅的制备

1．3．1 高比表面积碳化硅的制备方法与原理

1．4 高比表面积碳化硅在多相催化中的应用

1．5 高比表面积碳化硅在费托合成中的应用

1．6 本课题的研究目的与内容

1．6．1 本课题的研究目的

1．6．2 本课题的研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验试剂及仪器

2．2 催化剂的制备

2．3 催化剂的表征分析

2．3．1 BET(N2-物理吸脱附)

2．3．2 XRD(X-射线衍射)

2．3．3 XPS(X射线光电子能谱)

2．3．5 H2-TPD(H2程序升温脱附)

2．3．6 SEM(扫描电镜)

2．3．7 TEM(透射电镜)

2．4 费托合成反应性能评价

2．4．1 实验装置

2．4．2 气相烃产物分析

2．4．3 油相产物分析

2．4．4 催化剂评价指标

第三章 制备方法对Co／SiC催化费托合成反应的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 IWI、SG和PCT催化剂制备

3．2．2 IWI、SG和PCT催化剂表征及其性能评价

3．3 结果与讨论

3．3．1 IWI、SG和PCT催化剂物相结构

3．3．2 IWI、SG和PCT催化剂织构参数

3．3．3 IWI、SG和PCT催化剂的形貌(SEM)

3．3．4 IWI、SG和PCT催化剂的形貌(TEM)

3．3．5 IWI、SG和PCT催化剂的表面化学状态

3．3．6 IWI、SG和PCT催化剂的还原性质

3．3．7 IWI、SG和PCT催化剂的H2-TPD表征

3．3．8 IWI、SG和PCT催化剂的费托合成反应性能

3．4 小结

第四章 SiO2助剂对Co／SiC催化费托合成反应的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．2 15％Co／X％SiO2-SiC催化剂表征及其性能评价

4．3 结果与讨论

4．3．2 15％Co／X％SiO2-SiC催化剂织构参数

4．3．3 15％Co／X％SiO2-SiC催化剂的形貌

4．3．4 15％Co／X％SiO2-SiC催化剂的表面化学状态

4．3．5 15％Co／X％SiO2-SiC催化剂的还原性质

4．3．6 15％Co／X％SiO2-SiC催化剂的费托合成反应性能

4．4 小结

第五章 La2O3助剂对Co／SiC催化费托合成反应的影响

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．2 15％Co／X％La2O3-SiC催化剂表征及其性能评价

5．3 结果与讨论

5．3．2 15％Co／X％La2O3-SiC催化剂织构参数

5．3．3 15％Co／X％La2O3-SiC催化剂的表面化学状态

5．3．4 15％Co／X％LazO3-SiC催化剂的还原性质

5．3．5 15％Co／X％La2O3-SiC催化剂的费托合成反应性能

5．4 小结

第六章 TiO2助剂对具有蜂窝状孔结构的Co／SiC催化费托合成反应的影响

6．1 引言

6．2 实验部分

6．2．2 15％Co／X％TiO2-SiC催化剂表征及其性能评价

6．3 结果与讨论

6．3．2 15％Co／X％TiO2-SiC催化剂的形貌(SEM)

6．3．3 15％Co／X％TiO2-SiC催化剂的形貌(TEM)

6．3．4 15％Co／X％TiO2-SiC催化剂的还原性质

6．3．5 15％Co／X％TiO2-SiC催化剂的费托合成反应性能

6．4 小结

第七章 总结与展望

7．1 制备方法对Co／SiC催化费托合成反应的影响

7．3 La2O3助剂对Co／SiC催化费托合成反应的影响

7．5 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表论文

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