制备新型载体用于Cu-Co催化剂制备用于合成乙醇

摘要

转化合成气制备乙醇以及高级醇被公认为是一条具有潜力的途径,在环境保护和资源利用方面也有着重要的意义。
　　 本论文以Cu-Co基催化剂为基础,选用SiO2和CNTs的纳米复合材料为载体,并利用苯三酚对复合载体进行改性制备了一系列的新型转化合成气制备乙醇以及高级醇催化剂,结合SEM、XRD、TPR和XPS等表征手段对催化剂进行了深入的研究。并就该催化剂在固定床反应器中对其CO加氢转化合成乙醇以及高级醇催化活性作了比较与评价,研究发现,利用碳纳米管和苯三酚的引入,均能提高反应的CO加氢活性和提高乙醇以及高级醇的时空产率和选择性。在压力为5MPa,温度为573K,H2／CO=1的反应条件下,经过碳纳米管和苯三酚的改性,催化剂的反应转化率达到39％,乙醇以上高级醇的选择性由57％提高到73％,相应的总醇(C1-5醇)时空产率达到237 g·(kg·h)-1。通过对XRD结果分析,这与催化剂前体中CuxCo3-xO4的增加和催化剂晶型粒径变小有关。
　　 考察了H2／CO比对苯三酚促进的CuCo／SiO2-CNTs催化剂催化性能的影响。实验表明H2／CO比增加有利增加反应的CO加氢活性,有利于生成更多的醇类和烃类,对CH4选择性的影响也是有利的,但是对于液态的高级烃和高级醇的产生是不利的。
　　 研究了Co／Cu比对苯三酚促进的CuCo／SiO2-CNTs催化剂催化性能的影响。Co／Cu比为1:1时,反应的H2和CO的转化率最高,H2／CO的比率最小,说明此时反应的CO加氢活性最好,在Co／Cu比为1:1时,反应表现出了对于高级醇的高选择性,高级醇的选择性达到了73％,进一步说明高级醇的选择性与Cu-Co间的相互作用有直接的关系。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 高级醇的合成机理

1.3 高级醇合成的热力学研究

1.4 合成低碳混合醇的催化剂的概述

1.4.1 贵金属基催化剂

1.4.2 改性F-T合成催化剂

1.4.3 改性合成甲醇催化剂

1.4.4 MoS2基催化剂

1.5 Cu-Co基催化剂及其活性位点

1.6 催化剂特性及其制备方法

1.6.1 催化剂的特性

1.6.2 催化剂的制备方法

1.7 碳纳米管和复合材料的特性

1.8 各种因素对于催化剂反应性能的影响

1.8.1 合成气中CO2的影响

1.8.2 H2/CO比率的影响

1.8.3 压力的影响

1.8.4 温度的影响

1.8.5 空速的影响

1.9 论文的研究意义和主要工作

第2章 实验部分

2.1 主要原料、试剂、仪器和设备

2.1.1 主要试剂和原料

2.1.2 主要仪器和设备

2.2 催化剂载体的制备

2.2.1 MWNTS的纯化以及氧化

2.2.2 SiO2的活化以及氨基化

2.2.3 SiO2-MWNTs复合载体的制备

2.4 催化剂的物化性能表征

2.4.1 SEM测试

2.4.2 XRD测试

2.4.3 XPS测试

2.4.4 H2程序升温还原(TPR)

2.5 气液相产物的分析以及数据处理

2.5.1 气相产物的分析

2.5.2 液相产物的分析

2.5.3 数据的处理

第3章 苯三酚促进的Cu-CO/SiO2-CNTs催化剂制备及性能研究

3.1 Cu-Co/SiO2和Cu-Co/SiO2-CNTs催化剂制备

3.2 三种催化剂的表征与分析

3.3 三种催化剂各自的催化活性与性能研究

3.3.1 碳纳米管和苯三酚对于H2和CO转化率以及H2/CO的比率的影响

3.3.2 碳纳米管和苯三酚对于CH4选择性水的含量的影响

3.3.3 碳纳米管和苯三酚对于醇的时空产率和百分含量分布的影响

3.4 苯三酚的添加量对于Cu-Co/SiO2-CNTs催化剂催化性能的影响

3.4.1 不同苯三酚添加量对于H2和CO转化率以及H2/CO的比率的影响

3.4.2 不同苯三酚添加量对于醇的时空产率和百分含量分布的影响

3.4.3 不同苯三酚添加量促进的Cu-Co/SiO2-CNTs催化剂XRD结果分析

3.5 本章小结

第4章 H2/CO比对催化剂活性影响的研究

4.1 前言

4.2 H2/CO比对H2和CO转化率的影响

4.3 H2/CO比对CH4选择性的影响

4.4 H2/CO比对于醇的时空产率和百分含量分布的影响

4.5 本章小结

第5章 Co/Cu比对催化剂活性影响的研究

5.1 前言

5.2 Co/Cu比对H2和CO转化率的影响

5.3 CO/Cu比对H2/CO的比率的影响

5.4 Co/Cu比对CH4选择性的影响

5.5 Co/Cu比对醇的时空产率和百分含量分布的影响

5.6 本章小结

第6章 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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作者和导师简介

北京化工大学-硕士研究生学位论文答辩委员会决议书