碳化硅负载钴基费托合成催化剂的制备与性能调控研究
发布时间：2020-06-19 18:20
【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。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ426;TQ529.2
【图文】：
图１－１邋ＦＴＳ产物ＡＳＦ分布模型［８］逡逑Ｆｉｇ．１－１邋ＡＳＦ邋ｍｏｄｅｌ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ＦＴＳ邋ｐｒｏｄｕｃｔ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ＾逡逑ＡＳＦ模型［ｓ］的产物分布如图１－１。基于ＡＳＦ模型，产物的选择性依赖于链增长因逡逑子ａ，且目标产物的最优选择性受到ＡＳＦ模型的限制，例如，Ｃ２－Ｃ４产物的最优的选择逡逑性为６０％时，ａ的值为０．４－０．５之间，相应的ＣＨ４选择性较高，达到３０％，因此，开发逡逑可打破ＡＳＦ分布并调整产物选择性的高效催化剂成为ＦＴ合成领域中最令人期望但具逡逑有挑战性的目标之一。逡逑１．２费托合成钻基催化剂的研究现状逡逑１．２．１活性组分的影响逡逑费托合成催化剂的活性组分与催化剂的活性和产物的选择性紧密相关，经过大量逡逑的研宄表明，化学周期表中第ＶＩＩＩ族元素：Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ等对费托合成具有一定逡逑的催化能力［９］。其中，Ｒｕ在所有元素中表现出最好的催化活性和较高的重质烃的选择逡逑性，但其储量较少，价格较高，所以对其工业化的应用较难，主要作为基础研究，作逡逑为助剂加入少量的Ｒｕ，提高了催化剂的分散度和还原度，且表现出双金属的协同作逡逑用
然后在氮气保护下碳化，最后与一定量的镁粉混合在７００邋°Ｃ下进行镁热还原，制得比逡逑表面积为２３２邋ｍ２／ｇ的多孔碳化硅，制得的碳化硅具有类似于ＲＦ／Ｓｉ0２前驱体的网状结逡逑构（如图１－５）。Ｚｈａｃ＾［１２°］将蔗糖浸渍到ＳＢＡ－１５中，得到Ｃ／Ｓｉ０２复合材料，在６５０邋°Ｃ逡逑下镁热还原，得到比表面积为３００邋ｍ２／ｇ的介孔碳化硅，合成的碳化硅的结构类似于硅逡逑模板。Ｓａｅｅｄｉｆａｉ＾［１２１］在５５０－６００邋°Ｃ下对聚丙烯酰胺／ＭＣＭ－４８的复合材料进行镁热还逡逑原，制得比表面积和孔径分别为３３０邋ｍ２／ｇ、２－１０邋ｎｍ的介孔碳化硅。逡逑丨逦ｗ邋ｗ逦ｖｒｔ逡逑ｔ－ｒ４－ｖｖ；￣．邋ｖｘ？－逦－逡逑栜邋＇簿逡逑：＿~枺义贤迹保抵票福遥疲樱椋埃踩芙汉停樱椋玫氖疽馔迹郏保保埂垮义希疲椋纾澹保靛澹樱悖瑁澹恚幔簦椋沐澹洌椋幔纾颍幔礤澹铮驽澹穑颍澹穑幔颍幔簦椋铮铄澹铮驽澹遥疲樱椋茫桢澹螅铮戾澹幔睿溴澹樱椋茫郏保保梗蒎义希保常保灯渌椒ㄥ义铣松鲜龅姆椒ǎ褂幸恍┭绣痴咧苯硬捎霉璺酆徒榭滋嘉希诘陀诠璺鄣腻义先鄣阄露认拢构璺凵善墓栌虢榭滋挤从Φ玫骄哂懈弑缺砻婊徒榭捉峁沟腻义咸蓟琛＠纾保薜龋郏保玻玻莶捎霉璺酆陀行蚪榭滋迹ǎ希停茫螅裕停茫停矗浮ⅲ樱拢粒保怠ⅲ耍桑裕跺义衔０逯票傅挠行蚪榭滋迹┳魑希冢保玻埃埃保常埃板
本文编号：2721168
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ426;TQ529.2
【图文】：
图１－１邋ＦＴＳ产物ＡＳＦ分布模型［８］逡逑Ｆｉｇ．１－１邋ＡＳＦ邋ｍｏｄｅｌ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ＦＴＳ邋ｐｒｏｄｕｃｔ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ＾逡逑ＡＳＦ模型［ｓ］的产物分布如图１－１。基于ＡＳＦ模型，产物的选择性依赖于链增长因逡逑子ａ，且目标产物的最优选择性受到ＡＳＦ模型的限制，例如，Ｃ２－Ｃ４产物的最优的选择逡逑性为６０％时，ａ的值为０．４－０．５之间，相应的ＣＨ４选择性较高，达到３０％，因此，开发逡逑可打破ＡＳＦ分布并调整产物选择性的高效催化剂成为ＦＴ合成领域中最令人期望但具逡逑有挑战性的目标之一。逡逑１．２费托合成钻基催化剂的研究现状逡逑１．２．１活性组分的影响逡逑费托合成催化剂的活性组分与催化剂的活性和产物的选择性紧密相关，经过大量逡逑的研宄表明，化学周期表中第ＶＩＩＩ族元素：Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ等对费托合成具有一定逡逑的催化能力［９］。其中，Ｒｕ在所有元素中表现出最好的催化活性和较高的重质烃的选择逡逑性，但其储量较少，价格较高，所以对其工业化的应用较难，主要作为基础研究，作逡逑为助剂加入少量的Ｒｕ，提高了催化剂的分散度和还原度，且表现出双金属的协同作逡逑用
然后在氮气保护下碳化，最后与一定量的镁粉混合在７００邋°Ｃ下进行镁热还原，制得比逡逑表面积为２３２邋ｍ２／ｇ的多孔碳化硅，制得的碳化硅具有类似于ＲＦ／Ｓｉ0２前驱体的网状结逡逑构（如图１－５）。Ｚｈａｃ＾［１２°］将蔗糖浸渍到ＳＢＡ－１５中，得到Ｃ／Ｓｉ０２复合材料，在６５０邋°Ｃ逡逑下镁热还原，得到比表面积为３００邋ｍ２／ｇ的介孔碳化硅，合成的碳化硅的结构类似于硅逡逑模板。Ｓａｅｅｄｉｆａｉ＾［１２１］在５５０－６００邋°Ｃ下对聚丙烯酰胺／ＭＣＭ－４８的复合材料进行镁热还逡逑原，制得比表面积和孔径分别为３３０邋ｍ２／ｇ、２－１０邋ｎｍ的介孔碳化硅。逡逑丨逦ｗ邋ｗ逦ｖｒｔ逡逑ｔ－ｒ４－ｖｖ；￣．邋ｖｘ？－逦－逡逑栜邋＇簿逡逑：＿~枺义贤迹保抵票福遥疲樱椋埃踩芙汉停樱椋玫氖疽馔迹郏保保埂垮义希疲椋纾澹保靛澹樱悖瑁澹恚幔簦椋沐澹洌椋幔纾颍幔礤澹铮驽澹穑颍澹穑幔颍幔簦椋铮铄澹铮驽澹遥疲樱椋茫桢澹螅铮戾澹幔睿溴澹樱椋茫郏保保梗蒎义希保常保灯渌椒ㄥ义铣松鲜龅姆椒ǎ褂幸恍┭绣痴咧苯硬捎霉璺酆徒榭滋嘉希诘陀诠璺鄣腻义先鄣阄露认拢构璺凵善墓栌虢榭滋挤从Φ玫骄哂懈弑缺砻婊徒榭捉峁沟腻义咸蓟琛＠纾保薜龋郏保玻玻莶捎霉璺酆陀行蚪榭滋迹ǎ希停茫螅裕停茫停矗浮ⅲ樱拢粒保怠ⅲ耍桑裕跺义衔０逯票傅挠行蚪榭滋迹┳魑希冢保玻埃埃保常埃板
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