前驱体沉淀环境对合成气制二甲醚CuZnAl催化剂性能的影响

发布时间：2020-06-25 00:23

【摘要】：随着国民经济的日益发展,能源储量减少及传统燃料造成污染的问题愈发严重,研发新的可替代能源势在必行。作为“绿色”能源的二甲醚具有与液化石油气高度相似的理化性质,因其十六烷值高、污染小、无毒,在替代传统燃料方面具有广阔的前景。合成气一步法合成二甲醚主要由甲醇合成与甲醇脱水两个过程构成,因此制备二甲醚的催化剂应是复合双功能型才可满足需求。本课题组早期对于二甲醚的制备环境进行了一系列的优化,并提出完全液相技术的理论,使催化剂在浆态床反应器中易失活的难题得到了较好的解决,但催化剂的活性仍具有一定提升空间。本文采用共沉淀与溶胶-凝胶相结合的方法,针对催化剂性能的提升,研究了甲醇合成过程的沉淀环境。首先通过对常用沉淀剂Na_2CO_3洗涤不同次数,考察了残留Na~+对催化剂结构性能的影响;其次,选用Na_2CO_3、(NH_4)_2CO_3、NH_4HCO_3三种沉淀剂,研究其对催化剂微观结构与性能的关系;最后,选用(NH_4)_2CO_3作为沉淀剂继续研究不同的老化方式及沉淀pH对催化剂结构与性能之间的构效关系。采用XRD,XRF,SEM,N_2-吸附测试,H_2-TPR,ICP-AES,NH_3-TPD-MS,XPS对催化剂进行了表征,深入分析其结构,同时结合活性评价数据,对上述催化剂制备的沉淀环境进行了全面的研究,得到结论如下:1.降低残留Na~+的浓度可有效提升催化剂的性能。结果表明增加洗涤次数可以明显减少催化剂中表面与体相中残余Na~+的相对含量,形成较小的Cu晶粒尺寸及较多的可还原物种量和表面酸量。其中,离心洗涤4次的催化剂具有最优的性能,在120 h的活性评价周期内,其CO转化率为71.41%,DME选择性达85.36%。2.不同沉淀剂制备的催化剂对其催化反应的活性影响较大。选用铵盐作沉淀剂尽管可以形成较为有利的微观结构,但其受络合作用的影响更大,最终在催化剂的性能表现上较差。3.不同蒸氨老化过程可通过削弱活性组分与NH_3·H_2O分子的络合作用对催化剂性能有较大提升。从数据方面分析,常压蒸氨处理后的催化剂活性略优于负压蒸氨后的催化剂,但从工艺条件来说负压蒸氨可大量的节省老化时间,对络合作用的削弱效果最强。4.改变沉淀pH会显著改变催化剂的结构,接近中性的pH条件尽管会增强活性组分的络合作用,但由于其本身沉淀较为完全,在两个因素的相互作用下发现沉淀完全对催化剂性能提升更明显,因此改变pH条件来减弱活性组分络合作用效果甚微。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O643.36;TQ223.24

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本文编号：2728582