Cu-Zn-Al催化剂的溶剂热法制备工艺及其催化合成气制乙醇的研究

发布时间：2018-02-27 16:46

本文关键词： 溶剂热法 Cu-Zn-Al催化剂合成气乙醇浆态床　出处：《太原理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：合成气催化转化合成清洁能源乙醇和低碳醇是一条低能耗、高效率、原料储备丰富的合成路线,近年来引起了国内外学者的广泛重视。课题组对完全液相法制备的Cu基催化剂用于浆态床CO加氢合成乙醇做了大量研究工作,研究发现采用完全液相-溶剂热法制备的Cu-Zn-Al催化剂有较高的乙醇选择性,但催化剂的活性、稳定性和重现性较差。基于此,本文采用溶剂热法制备Cu-Zn-Al催化剂,利用浆态床反应器评价催化剂催化CO加氢合成乙醇的性能。系统考察了前驱体制备条件、热处理条件以及还原条件对Cu-Zn-Al催化性能的影响,并通过NH_3-TPD-MS、XRD、SEM、H2-TPR、XPS、N_2吸附等手段对制得的催化剂样品进行表征分析。得出以下主要结论:采用溶剂热法制备的Cu-Zn-Al催化剂具有链增长的能力,可以催化CO加氢生成乙醇,乙醇选择性最高达到了38.71%,但是整体来说催化剂的CO转化率较低,稳定性较差,且存在CO转化率和乙醇选择性不能兼顾的问题。在前驱体制备时,敞口时间和Al含量对催化剂的CO转化率和乙醇选择性有明显影响。延长敞口时间,使得催化剂中难还原的Cu+增多,氧化态的cu物种所处环境更复杂,从而提高催化剂的co转化率和反应初期乙醇的选择性;增加催化剂中的al含量,可以提高催化剂的比表面积,但促进了cual2o4/znal2o4尖晶石相的生成,不利于催化剂活性的发挥;当n(cu):n(zn):n(al)=2:1:0.8时,催化剂中含有较多难还原的cu+,活性组分cu的晶粒尺寸较小,孔体积较大,乙醇选择性较高,而较多的al含量不利于乙醇的生成。溶剂热处理过程中,搅拌强度、时间和自生压等均会对催化剂的结构和性能产生较大的影响。研究发现:(1)静置不搅拌的热处理环境更有利于cu的分散及催化剂结构的稳定性;(2)热处理时间延长,催化剂中的物相及其结晶度逐渐发生变化,催化剂表面的弱酸量减少而酸强度逐渐增强;(3)较高的自生压更有利于热处理时催化剂中cu物种的还原。综合来看,在热处理温度200℃、热处理时间24h、静置不搅拌的条件下制备的cu-zn-al催化剂具有较高的co转化率和乙醇选择性。对催化剂还原温度和还原气氛的研究结果表明,在250℃、n2+h2的气氛中对cu-zn-al催化剂进行还原,催化剂的活性和乙醇选择性较好,在此条件下,催化剂中的各组分之间的相互作用力变化较小,催化剂结构更稳定,对乙醇的选择性较高。本研究采用高压反应釜对前驱体进行溶剂热处理,由于弱酸性浆液对釜体的腐蚀,导致催化剂中出现了fe的物相。fe的存在降低了催化剂中cu的分散度,从而使得co转化率明显降低;但催化剂生成乙醇的能力明显增强。
[Abstract]:In this paper , Cu - Zn - Al catalyst prepared by complete liquid phase method was used to study the catalytic performance of Cu - Zn - Al catalyst . The results showed that the Cu - Zn - Al catalyst prepared by complete liquid phase method was more complex than that of Cu - Zn - Al catalyst . ( 2 ) The heat treatment time is prolonged , the phase and the crystallinity of the catalyst are gradually changed , the weak acid in the surface of the catalyst is reduced and the acid intensity gradually increases ; ( 3 ) the activity of the catalyst and the selectivity of the ethanol are better under the condition that the heat treatment temperature is 200 DEG C , the heat treatment time is 24 h , the static non - stirring condition is higher .

【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36;TQ223.122

【参考文献】