CO2催化加氢还原制CO

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随着石油资源储量的不断减少,温室气体二氧化碳的排放量与日俱增,由此引发的厄尔尼诺效应加剧全球变暖,严重威胁到人们的正常生活。中国的二氧化碳排放量近十几年来一直居于世界第一,所以我们有义务去降低二氧化碳排放。世界各国在二氧化碳减排和二氧化碳收集利用上均有着很多的研究。其中利用二氧化碳加氢制备高附加的得化学产品(例如:烯烃,芳烃,甲醇,柴油等)是利用二氧化碳使其变废为宝的有效途径。本文主要研究了 ZnO和In2O3/ZnO-ZrO2 On/Zn-Zr)催化剂催化二氧化碳活化加氢选择性制CO和甲醇,论文主要研究内容和结论如下:(1)利用共沉淀法制备ZnO催化剂,通过不同焙烧温度控制其晶粒尺寸,合成了一系列ZnO催化剂,其晶体尺寸在10-42.5nm之间。通过XRD、BET、XPS、PL、TGA、CO2-TPD-MS、H2-TPR、H2-TPD-MS和程序升温表面反应(TPSR)表征催化剂结构性质,用固定床微反评价其催化性能。实验结果分析发现ZnO具有很好的催化CO2选择性加氢制CO活性,CO选择性接近100%,但是ZnO催化剂稳定性不佳,长时间反应后催化剂表面容易积碳并生成CH4副产物。经200℃低温焙烧处理的催化剂催化活性最佳,反应产物CO的选择性接近100%,并且在反应温度高于390℃后其CO2转化率接近热力学理论值。这是由于200℃低温焙烧处理的催化剂为Zn5(C03)2(OH)6,其中含有的碳酸盐在催化剂预处理活化的过程中会生成CO2并在催化剂表面留下氧缺陷,催化剂表面的氧缺陷可以吸附CO2使其进行反应。通过XRD表征结果发现焙烧处理ZnO催化剂温度越低其晶粒尺寸越小;ZnO催化剂吸附CO2、H2的能力与还与晶粒尺寸有关,粒径越小,吸附CO2和H2的能力越强。(2)In基催化剂有着极强的CO2加氢催化活性,为了更进一步的探究其性质,通过共沉积制备了In2O3催化剂和In/Zn-Zr三元复合催化剂,用固定床微反评价了这些催化剂的CO2加氢性能,通过XRD、CO2-TPD-MS和H2-TPR表征了这些催化剂的结构性质。结果发现In2O3催化剂具有很强的逆水煤汽变换反应(RWGS)活性,In2O3在In/Zn-Zr表面呈现出c-In2O3和h-In2O3不同的晶体结构。在In/Zn-Zr催化剂中随Zr含量增加金属氧化物间的相互作用增强。强金属氧化物间相互作用有利于c-In2O3晶相在其表面生成,反之则有利于h-In2O3晶相生成。ZrO2的可以提高其对CO2吸附性能,c-In2O3使CO2更好吸附在催化剂表面进行加氢反应,有很强的甲醇的产物选择性。当ZnO含量增加时,催化剂对CO2的吸附能力减弱,但对H2活化的能力增强,催化剂表面吸附的CO2进行加氢直接生成CO。由此发现,可以通过调控催化剂各成分的含量,来调控催化剂的选择性。此外还发现In负载高含Zr催化剂可以通过调控其反应温度选择性调控其产物,In/70Zr-30Zn催化剂在300℃低温反应时其主要产物为甲醇,其选择性高达83%;而当反应温度大于420℃时,由于热力学的原因,其主要产物为CO,其选择性接近100%,成为很好的RWGS催化剂。
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