合成气制低碳醇CuCo基催化剂的制备、表征及其催化性能的研究

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中文摘要：低碳醇因其具有广泛的应用而备受重视，由于其中存在氧原子，能够充分燃烧，有潜力成为汽油替代品，或作为一种良好的汽油添加剂；还可以用作润滑剂和具有高附加值的医药中间体。乙醇作为低碳醇中最主要成分，除了可制作生活用品外，还可以替代燃料电池技术中毒性更大、能量密度更低的甲醇作为氢载体，特别是在2020年新冠疫情爆发以来，需要大量的消毒酒精，加上乙醇汽油的推广，国内对乙醇的需求日益提升。合成气作为煤化工的主要产物之一，其转化技术是煤炭资源有效利用的关键，研究出一种可工业化的合成气制低碳醇催化剂，可以提高合成气的使用价值以及煤炭利用率，减少环境污染，促进煤化工技术的发展。合成气制低碳醇催化剂的研究由来已久，发展至今，主要限制其大规模工业化的原因有：催化剂活性低、稳定性差、寿命短以及目标产物选择性低。为了改善CuCo基催化剂的活性和目标产物的选择性，本文通过添加多种助剂以及优化活性金属的占比的方法对CuCo基催化剂进行改进优化，并通过固定床反应器评价并且比较了该系列催化剂的催化性能，采用XRD、H2-TPR、原位漫反射红外光谱（InsituDRIFT）对其进行表征，从各个方面分析其性能改变的原因。结果表明，La、Ru作为助剂添加到催化剂Co0.5Cu/γ-Al2O3中，均能使催化剂中活性组分氧化物的晶粒尺寸降低，活性组分的分散度也有所提高，且增加了CO插入的活性位点和链增长能力，从而使催化剂的活性，以及目标产物低碳醇的选择性都有一定的提高，且Co/Cu质量比为2:1的催化剂Co0.5CuLaRu/γ-Al2O3的总醇以及低碳醇选择性最高，分别为15.15%、11.32%。对催化剂Co0.5Cu/γ-Al2O3同时添加La、Ru以及各种碱金属助剂的研究发现，除Cs外所有金属助剂均能提升低碳醇在总醇中的占比，但仅有K助剂的加入使催化剂的活性和产物中低碳醇的选择性有所提升，其总醇选择性、低碳醇选择性、低碳醇在总醇中的占比分别为：15.34%、11.9%、68.69%。对该催化剂的工艺条件研究发现，温度越高、压力越高、空速越小、合成气氢比越大时，催化剂活性越高。减小温度、提升压力、减小空速和氢比，有助于提升低碳醇在总醇中的占比。

作者：

罗文昭

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关键词：

低碳醇合成气 CuCo基催化剂 Ru助剂碱金属助剂

授予学位：

硕士

学科专业：

化学工程

导师：

屈一新、汪少朋

学位年度：

2022

学位授予单位：

北京化工大学

语种：

中文

中图分类号：