介孔碳负载钴基费—托合成催化剂催化性能究

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本论文以SBA-16为模板,糠醇为碳源,合成了有序介孔碳(OMC)。同时制备了碳氮化合物-介孔分子筛复合材料(C3N4/SBA-15)以上述材料为载体,制备了钴基费-托合成催化剂。采用X-射线粉末衍射(XRD)、氮气物理吸附脱附、透射电子显微镜(TEM)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、氢气程序升温脱附(H2-TPD)、激光拉曼光谱(Raman spectra)、热重分析(TG)等技术对催化剂进行了表征。在固定床反应器中对催化剂的费-托合成催化性能进行了测试。其结论如下:1.首先以SBA-16为模板采用不同的碳化温度合成了OMC-800,OMC-1100,OMC-1300三种介孔碳材料,然后将OMC-800载体在氢气气氛中进行还原处理,制得r-OMC-800载体,以上述介孔碳材料为载体采用满孔浸渍法制备了钴基费-托合成催化剂。结果表明:不同碳化温度处理的载体负载的钴基催化剂中,钴物种均以CoO的形式存在,随着载体碳化温度的增加,载体与活性金属之间的相互作用力减弱,CoO到Co的还原温度降低,费-托合成反应的活性增加;氢气处理的载体负载的钴基催化剂与未还原的载体相比具有较高的催化反应活性。2.首先采用软模板法合成SBA-15材料,然后在SBA-15分子筛上负载不同含量的碳氮化合物得到0.5C3N4/SBA-15和C3N4/SBA-15两种载体,再采用满孔浸渍法制备了钴基催化剂。实验结果表明:对于C3N4/SBA-15载体上负载的催化剂15%Co/C3N4/SBA-15,钴物种主要以CoO的形式存在,而0.5C3N4/SBA-15和SBA-15负载的催化剂15%Co/0.5C3N4/SBA-15和15%Co/SBA-15,钴物种主要以Co3O4的形式存在;催化剂的热重分析表明,15%Co/C3N4/SBA-15中碳氮化合物的分解温度相比载体C3N4/SBA-15要低;TPR分析说明,15%Co/C3N4/SBA-15相比15%Co/SBA-15较难还原;催化剂的费-托合成反应性能评价表明:含有碳氮化合物的载体负载的催化剂具有较好的反应稳定性,并且随着C3N4含量的增加,催化剂对烯烃的选择性增加。3.合成了不同孔径的SBA-16载体,并采用满孔浸渍法制备了钴基费-托合成催化剂,在固定床反应器中考察了孔径对催化剂费-托合成催化性能的影响。结果表明:大孔径的载体负载的催化剂具有较大的颗粒粒径,较高的还原度以及低的分散度,但催化剂的稳定性较低;小孔径的载体负载的催化剂具有较小的颗粒粒径,低的还原度和高的分散度,其费-托合成反应催化活性也较低;相比而言,具有中等孔径SBA-16载体负载的催化剂具有较高的平均转化率以及较好的稳定性。
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