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CO/H2/CO2合成甲醇热力学上低温有利。但是实际原料转化率与平衡转化率有差距,原因之一是缺乏有效的催化剂。为此,本文对Cu/Mo2C催化剂的制备及其性能进行了研究。采用XRD、N2吸附、SEM、XPS和H2/CO/CO2-TPD等技术手段表征了催化剂的物化性质及对原料气分子的吸附行为。围绕CO/H2/CO2低温合成甲醇反应,探究了Mo2C相态、Cu/Mo2C制备方法、Cu含量、SiO2载体、反应温度对催化剂性能的影响及规律。为低温甲醇合成催化剂的研究提供了参考。
Mo2C相态影响
通过程序升温碳化法制备了Cu/β-Mo2C和Cu/α-MoC1-x。β-Mo2C本身的低温甲醇合成活性低。Cu含量5%的Cu/β-Mo2C,CO转化率10.4%,CO2转化率0.2%,甲醇选择性99.9%,TOFCu为2.8×10-3-1。Cu与β-Mo2C的共同作用提高了CO转化率,并促进了CO2同步转化。Cu含量5%的Cu/α-MoC1-x,CO转化率21.4%,CO2转化率5.0%,甲醇选择性99.9%,TOFCu为5.3×10-3s-1;随着Cu含量增加,因水煤气反应加剧,CO2副产增加。
SiO2载体影响
通过浸渍碳化法制备了Cu/β-Mo2C/SiO2。引入SiO2载体提高了催化剂表面积,对原料气的吸附强度增加。当Cu浸渍量为7.5%时,CO转化率17.5%,CO2转化率14.5%,甲醇选择性100%,TCOFCu为6.1×10-3s-1。Cu浸渍量增加,因Cu晶粒团聚,活性下降。
制备方法影响
通过原位碳化法制备了Cu/β-Mo2C/SiO2。降低了碳源用量,提高了表面积和Cu分散度,同时对原料气的吸附强度增加。当Cu含量为15%时,CO转化率25.5%,CO2转化率22.1%,甲醇选择性100%,TOFCu为4.1×10-3s-1;当反应温度从150℃降低到110℃,CO转化率36.6%,CO2转化率53.0%,甲醇选择性100%,TOFCu为6.5×10-3s-1。由于对原料分子的吸附活化增强,反应速率增加。
通过对催化剂的构建和优化制备,实现了低温条件下CO/CO2同步加氢转化,特别是促进了CO2转化。
Mo2C相态影响
通过程序升温碳化法制备了Cu/β-Mo2C和Cu/α-MoC1-x。β-Mo2C本身的低温甲醇合成活性低。Cu含量5%的Cu/β-Mo2C,CO转化率10.4%,CO2转化率0.2%,甲醇选择性99.9%,TOFCu为2.8×10-3-1。Cu与β-Mo2C的共同作用提高了CO转化率,并促进了CO2同步转化。Cu含量5%的Cu/α-MoC1-x,CO转化率21.4%,CO2转化率5.0%,甲醇选择性99.9%,TOFCu为5.3×10-3s-1;随着Cu含量增加,因水煤气反应加剧,CO2副产增加。
SiO2载体影响
通过浸渍碳化法制备了Cu/β-Mo2C/SiO2。引入SiO2载体提高了催化剂表面积,对原料气的吸附强度增加。当Cu浸渍量为7.5%时,CO转化率17.5%,CO2转化率14.5%,甲醇选择性100%,TCOFCu为6.1×10-3s-1。Cu浸渍量增加,因Cu晶粒团聚,活性下降。
制备方法影响
通过原位碳化法制备了Cu/β-Mo2C/SiO2。降低了碳源用量,提高了表面积和Cu分散度,同时对原料气的吸附强度增加。当Cu含量为15%时,CO转化率25.5%,CO2转化率22.1%,甲醇选择性100%,TOFCu为4.1×10-3s-1;当反应温度从150℃降低到110℃,CO转化率36.6%,CO2转化率53.0%,甲醇选择性100%,TOFCu为6.5×10-3s-1。由于对原料分子的吸附活化增强,反应速率增加。
通过对催化剂的构建和优化制备,实现了低温条件下CO/CO2同步加氢转化,特别是促进了CO2转化。