铜基催化剂上乙醇干气重整制合成气反应研究

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本论文以温室气体CO2化学转化制高附加值化学品为背景,研究铜基催化剂上乙醇干气重整制合成气反应性能,重点考察载体类型对催化剂活性以及稳定性的影响规律。利用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)、等离子体电感耦合(ICP)、拉曼光谱(Raman)、比表面积测试(BET)、程序升温还原/氧化(TPR/TPO)等技术对反应前后催化剂的物理化学性质及形貌结构进行深入探究,结合催化剂反应性能测试,建立催化剂构效关系。为CO2高值转化高效催化剂的构建设计提供一定的理论指导意义。本文首先利用尿素共沉淀法制备不同氧化物(CeO2,ZrO2,CeO2-ZrO2)担载型Cu基催化剂。表征结果表明合成催化剂的氧化还原能力、金属载体相互作用程度以及活性组分Cu的分散度如下:CuCeZr>CuCe>CuZr。上述物化性质对反应物在催化剂上的吸附活化以及最终产物的组成分布具有较大影响。在乙醇干气重整反应中,CuCeZr催化剂比CuCe和CuZr表现出更高的催化活性和稳定性,表明载体对催化剂反应性能的影响(载体效应)。在化学反应计量比组成条件下生成的合成气比例(H2/CO)接近理论比1/1;700℃下反应90小时,催化剂呈现出优异的稳定性,无明显失活。活性金属Cu与载体CeZr复合氧化物之间的较强相互作用不仅有利于乙醇分子的吸附转化、反应中间物种的表面迁移,而且可以有效抑制反应过程中活性物种Cu的烧结;CuCeZr催化剂上活性金属Cu的高分散度也有利于避免高温反应条件下的Cu组分团聚。Raman结果表明CeZr复合氧化物中的大量氧缺陷位可以有效活化CO2分子,产生活性氧物种,促进催化剂表面积碳的原位去除,从而减少催化剂积碳量,提高其稳定性。
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