铁基催化剂与等离子体协同催化二氧化碳加氢制甲醇

发布时间：2021-07-07 23:53

　　二氧化碳（CO₂）,既是主要的温室气体,同时也是一种廉价的碳资源。将CO₂转化为高附加值化学品会极大地造福于人类的生产生活。不同于传统的热催化方法,介质阻挡放电（DBD）等离子体与催化剂的结合可在低温常压的反应条件下将二氧化碳加氢制得甲醇。本论文中,选用来源广泛且成本低廉的铁作为催化剂的活性组分,同时利用催化剂与等离子体间的协同作用来提高催化活性和选择性,取得了以下的结果和结论:（1）在等离子体催化二氧化碳加氢制甲醇的实验中,反应条件会显著影响原料气的转化率及产物的选择性。通过对空管实验的条件进行考察,得出优化的实验条件:循环水温度60 ^oC、气体总流速75 ml/min、气体摩尔比例CO₂:H₂=1:3、放电功率18 W。（2）铁基催化剂的载体材料由于吸附性质以及介电性质的不同表现出不同的催化活性。其中,在实验考察的金属氧化物载体中,γ-Al₂O₃有利于甲醇的生成。相关表征结果表明:γ-Al₂O₃

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

二氧化碳的捕集过程流程图

相比于单金属催化剂而言,更易于产生新物相的双金属催化剂近年来也备受研究者的重视。例如,有文献报道,Pt-Co,Fe-Mo和Ni-Mo等双金属催化剂被应用于RWGS反应中[6-8]。目前,双金属催化剂的合成主要有以下两种途径:(1)在负载之前得到双金属;(2)在催化剂制备过程中形成双金属。一般而言,双金属催化剂的催化活性和稳定性往往都要优于单金属催化剂。例如,Abolfazl等人比较了Mo/Al2O3催化剂和Ni-Mo/Al2O3催化剂的催化剂活性[8]。结果表明:Ni金属加入到Mo基催化剂中,会产生电子缺陷态的Ni物种,而且形成了新的物相NiMoO4,有助于催化剂反应活性和稳定性的改善。1.4.2 二氧化碳甲烷化反应

载体与负载金属间相互作用的强弱程度也会影响反应物分子的活化和转化过程。例如,Li等人考察了不同载体(即CeO2、TiO2和SiO2)对镍基催化剂催化活性的影响[12]。经产物实时分析可以得知:镍纳米粒子与载体CeO2间存在较强的相互作用,有助于二氧化碳和氢气分子的活化。XPS以及UV Raman等表征结果也说明:Ni/CeO2催化剂表面上产生了更多的氧空位,其有助于镍纳米粒子的锚定。相较于Ni/SiO2和Ni/TiO2催化剂,Ni/CeO2催化体系有更高的TOF数以及甲烷选择性。Lin等人研究了载体晶相对钌分散度的影响[11]。他们发现:由于金属-载体间相互作用强度的差异,金红石晶型的TiO2与RuO2间存在更强的相互作用。而催化剂中形成的Ru-O-Ti键会提高Ru纳米粒子的分散度,可有效抑制反应过程中RuO2的团聚。Romero-Sáez等人考察了催化剂制备方法对催化剂催化活性的影响[13]。实验结果表明:在制备以碳纳米管(CNT)为载体的Ni-ZrO2催化剂的过程中,分布浸渍法要优于共浸渍法。经一系列的催化表征分析可以得知:采用共浸渍法制备催化剂时,NiO纳米粒子主要以核壳结构包覆在ZrO2载体上。而采用分布浸渍法制得的催化剂,NiO纳米粒子往往紧邻着ZrO2载体,这可以大大增加Ni-ZrO2间的接触面积,有助于二氧化碳分子的活化,进而提高催化剂的催化活性,相关的示意图见图1.4。此外,催化剂制备过程中也有诸多变量可进行调变来提高催化剂的催化活性。例如焙烧温度的优化、前驱体盐的种类的选取(硝酸盐、氯酸盐以及草酸盐等)、还原温度以及还原气氛的设定等[10,14]。


本文编号：3270613