二氧化碳加氢制甲醇Cu基催化剂疏水改性研究进展

综述Cu基催化剂研究现状和二氧化碳加氢制甲醇的反应机理,分析在二氧化碳反应过程中水对催化剂的影响,从催化剂组分、微观结构以及反应装置设计等方面阐述Cu基催化剂耐水热稳定性的改性技术,并指出优化制备工艺、调控反应工艺、开发疏水改性技术、开发新型反应器等是解决Cu基催化剂失活的改进方向。

Cu基催化剂催化CO_(2)加氢研究进展

二氧化碳(CO_(2))的捕集与利用是实现“双碳”目标的重要技术手段,其中CO_(2)催化加氢不仅可以减少碳排放,还能将其转化为甲醇等高价值的化工产品。催化剂和反应器设计是CO_(2)催化加氢的关键,其中,Cu基催化剂是最为常用的催化剂。本文针对CO_(2)催化加氢现状,归纳了CO_(2)催化加氢的基本原理,重点从Cu基催化剂的结构特性与催化机制、催化反应器等综述了CO_(2)催化加氢研究进展,并展望了今后的发展方向。

新型Cu基催化剂在糠醛加氢制糠醇反应中的研究

研制了一种新型糠醛气相加氢制糠醇的负载型无铬铜基催化剂 ,并研究了铜含量、不同助剂以及反应条件对催化剂性能的影响 .发现助剂钾的加入使得该催化剂在反应温度 433K、氢醛比为 8和常压的条件下 ,糠醛转化率大于98% ,糠醇的选择性大于 99% .

电催化还原CO_(2) Cu基催化剂研究进展

随着全球气候变化问题日益严重,电催化CO_(2)还原反应(ECO_(2)RR)作为一种将CO_(2)转化为高附加值燃料和化学品的方法受到了广泛关注。Cu作为一种ECO_(2)RR催化剂,能够高效催化CO_(2)电还原产生多种C+2产品,但是Cu催化剂在ECO_(2)RR中存在选择性差、稳定性差等问题。为了提高Cu催化剂的性能,通过杂原子修饰,缺陷构造,调控尺寸、形貌、晶面以及组成等策略对其进行了改性。对Cu基催化剂在ECO_(2)RR中的应用进行了综述,详细介绍了Cu基催化剂尺寸和形貌调控以及组成调控(如铜氧化物、双金属铜基催化剂、非金属掺杂)的设计策略,并分析了这些策略对Cu基电催化剂结构与性能的调控规律。

Al_2O_3-ZrO_2复合氧化物对Cu基催化剂选择加氢性能的影响

采用共沉淀法制备Al2O3-ZrO2复合氧化物,并以此为载体制备负载型Cu基催化剂,运用X射线衍射、X射线能谱、扫描电子显微镜对载体和催化剂进行表征。以糠醛气相加氢制糠醇反应为探针,考察复合氧化物对Cu基催化剂选择加氢活性的影响。结果表明,Al2O3-ZrO2复合氧化物中ZrO2的存在会减少CuO与Al2O3的接触,降低Cu基催化剂的深加氢能力;Al2O3有助于延迟ZrO2的晶化,避免活性组分Cu嵌入到ZrO2晶格中导致催化活性下降。载体中ZrO2质量分数为20%时,Cu/Al2O3-ZrO2催化剂选择加氢活性最高,与Cu/Al2O3催化剂相比,该催化剂具有较好的低温加氢活性和高温加氢选择性。

合成气催化合成甲醇Cu基催化剂的研究

介绍了合成气催化合成甲醇Cu基催化剂的制备方法——沉淀法,并指出在制备过程中为避免催化剂失活应注意的问题。介绍了3种Cu基催化剂的活性中心模型,分别为:Cu0,Cu+及Cu0-Cu+模型。详细介绍了催化剂合成甲醇的反应机理:CO机理,CO2机理和CO与CO2混合反应机理。最后对甲醇合成催化剂制备提出了改进意见。

浆态床甲醇水蒸气重整制氢Cu基催化剂的制备、表征及活性评价

以Cu与Co的硝酸盐和尿素为原料,γ-Al_2O_3为载体,通过均匀沉淀-负载法,制得Cu-Co/γ-Al_2O_3催化剂。采用比表面积测试(BET)、H2程序升温还原(H2-TPR)和透射电子显微镜(TEM)等技术,对催化剂进行表征,并且考察了催化剂在甲醇水蒸气重整制氢反应中的性能。结果表明,Cu-Co/γ-Al_2O_3催化剂的比表面积可以达到164m^2/g,催化剂高温还原峰的温度大幅下降,低温还原峰的面积大幅增加,催化剂更易还原;催化剂粒度减小,尤其是表相粒径较小的微粒所占比例增大,催化剂的稳定性增加,抗烧结、团聚性能增强;将Cu-Co/γ-Al_2O_3催化剂用于270℃下的浆态床甲醇重整反应,其初始活性可达99%以上,60 h后其活性下降不明显。反应后的催化剂分散性良好,无明显团聚,粒径为10 nm～15 nm。

Cu基催化剂上二氧化碳加氢合成甲醇的研究进展

综述了CO_(2)加氢合成甲醇用Cu基催化剂的国内外研究现状,从催化剂的制备方法、形貌、活性组分与载体间的相互作用、促进剂等方面进行了阐述;详细介绍了目前引起人们广泛兴趣的Cu/ZnO、Cu/ZrO_(2)、Cu/CeO_(2)3类Cu基催化剂近年来最新的研究进展;并对今后的研究方向进行了分析和展望。

乙醇胺对非贵金属Cu基催化剂上合成气制乙醇的影响

采用完全液相法在非贵金属Cu基催化剂制备过程中以MEA为络合剂,考察不同MEA含量对催化剂结构及合成乙醇性能的影响。借助XRD、H_2-TPR、N_2吸脱附测试、NH3-TPR、TEM和EDX等手段进行表征,并采用浆态床反应器对催化剂的CO加氢性能进行评价。结果表明:较少的MEA有助于提高催化剂比表面积和ZnO的分散度,而较多MEA会破坏催化剂结构,降低表面弱酸量,同时加剧Cu颗粒的聚集,致使催化活性下降,且较少的弱酸量可能更有助于乙醇的合成。活性数据结果表明:添加MEA后C_(2+)OH在总醇选择性可达到50%以上,提高MEA含量可进一步提高乙醇选择性,当n(Cu):n(MEA)=2:0.5时,CO转化率高达39.57%,乙醇在醇分布中可达24.78%。

Mn助剂对Cu基催化剂乙酸乙酯加氢制乙醇反应性能的影响

采用并流共沉淀法制备了不同n(Mn)/n(Al)的Cu基催化剂,考察了Mn助剂对催化剂乙酸乙酯加氢制乙醇反应性能的影响,采用N_2低温吸附、N_2O化学吸附、XRD、H_2-TPR和H_2-TPD对催化剂进行了表征。实验结果表明,Mn助剂的添加促进了催化剂中活性组分Cu的分散,促进了CuO的还原,提高了Cu的比表面积,增加了催化剂表面的活性位,有利于H_2和乙酸乙酯的吸附,从而提高了催化剂的活性。在260℃、2MPa、MHSV为1.6h^(-1)、氢酯物质的量比为4的反应条件下,当n(Mn)/n(Al)为1时,催化剂上乙酸乙酯转化率和乙醇选择性分别达到75.86%和95.23%。

CO_(2)加氢制甲醇用Cu基催化剂研究进展

以煤炭、石油和天然气为主的能源消费结构导致温室气体二氧化碳(CO_(2))的大量排放,而CO_(2)浓度超过警戒值(0.04%)引发了温室效应和海洋酸化等环境问题。将大气中的CO_(2)转化为高附加值的化学品成为目前的研究热点。采用Cu基催化剂将CO_(2)转化为甲醇具有生产效率高、成本低和适用性广等优点,其物理化学性质的精确调控、活性位点的识别以及催化反应网络的揭示是当前研究的焦点。综述了近年来Cu基催化剂用于CO_(2)加氢制甲醇的国内外研究现状,以Cu/ZnO体系、Cu/ZrO_(2)体系、Cu/CeO_(2)体系以及其他高效催化体系为切入点,从催化剂的形貌、组成、活性位点和反应机理等方面进行了阐述,并对Cu基催化剂在CO_(2)加氢制甲醇工艺中的应用前景进行了展望。

丙烯直接环氧化Cu基催化剂的研究进展与挑战

作为一种重要的化工原料,环氧丙烷年产量近千万吨,然而目前工业上制备环氧丙烷的方法仍然面临着成本高、副产物多以及污染严重等问题。直接氧气氧化法进行丙烯环氧化因为具有原子经济、环保等优点受到了越来越多的关注。但是,催化过程中丙烯的α-H和环氧丙烷都具有很高的活性,使得在高转化率的条件下提升环氧丙烷选择性成为一个巨大的挑战。研究者们发现相较于其他币族金属,Cu基催化剂表现出更优异的丙烯直接环氧化反应性能。本综述总结梳理了近年来关于Cu基催化剂催化丙烯直接环氧化反应的研究成果,聚焦于Cu基催化剂改性方法,并对Cu基催化剂依然存在的问题和挑战进行深入探讨。

CO预处理Cu基催化剂用于CO催化氧化的研究

为探究CO预处理前后的Cu-Ce/TiO_(2)催化剂的CO催化氧化反应活性,本文利用固定床反应器测试了不同烧结烟气条件下催化剂的CO转化率,并结合XRD、XPS和in-situ FTIR表征手段探究CO预处理后的催化剂的性质变化与催化反应机理。结果表明:CO预处理后的催化剂的催化活性相比预处理前显著提升,CO转化率在180℃时达到99%;CO预处理后的催化剂表面的Cu^(+)、Ce^(3+)和氧空位的数量高于预处理前的状态,这些性质决定了预处理后的催化剂具有更好的催化活性;Cu-Ce/TiO_(2)-CO催化剂催化CO氧化的反应机理为MvK机理。此外,NO、SO_(2)和H_(2)O可以影响Cu-Ce/TiO_(2)-CO的CO催化氧化性能,其中SO_(2)的影响最大,且这些影响均是可逆的。

基于Cu基催化剂的二乙醇胺脱氢工艺研究进展

基于Cu基催化剂在二乙醇胺脱氢工艺中易氧化、易烧结的研究现状,介绍了二乙醇胺脱氢制备亚氨基二乙酸的机理。探讨了Cu基催化剂载体、助剂及微观形态对催化性能的影响。指出未来二乙醇胺脱氢工艺的发展方向不仅需要选择高效催化剂,生产工艺也应由间歇式反应向连续化反应发展。简单介绍了国内外二乙醇胺脱氢在生产工艺上的发展,最后对Cu基催化剂的改性以及二乙醇胺脱氢的连续化生产工艺提出了新思路。

蜂窝状Ce/Cr掺杂Cu基催化剂用于乙烷的催化燃烧

以蜂窝堇青石陶瓷为载体,采用浸渍法负载氧化铝涂层和活性组分,制备了蜂窝状Ce/Cr掺杂Cu基催化剂。运用BET,XRD,XPS,H2-TPR技术对催化剂进行了表征,并对其乙烷催化燃烧活性进行了评价。表征结果显示,Ce/Cr掺杂提高了催化剂表面化学吸附氧的含量,提升了催化剂在较低温度下的氧化还原性能。实验结果表明:在入口乙烷质量浓度2 000 mg/m^3、反应空速20 000 h^-1的条件下,Cu-Ce催化剂较Cu催化剂的T(50)和T(90)(乙烷转化率为50%和90%时的反应温度)分别降低了46 ℃和101 ℃,降幅高于Cu-Cr催化剂的38 ℃和78 ℃;较高反应空速(30 000 h^-1)对催化反应不利,乙烷浓度对催化剂活性的影响不明显;550 ℃下Cu-Ce催化剂对乙烷的转化率100 h内保持在99%以上,表现出良好的稳定性。

不同载体的甲醇蒸气重整制氢Cu基催化剂的研究进展

作为新能源氢能的生产途径之一,甲醇蒸气重整反应一直是众多科学家研究的热点。Cu基催化剂在甲醇蒸气重整制氢反应中表现出良好的催化性能,然而不同载体Cu基催化剂具有不同的催化性能。对近年来Cu基甲醇蒸气重整制氢催化剂载体的研究进行了评述,包括载体与Cu的相互作用和制备方法等对Cu基催化剂活性和稳定性的影响规律,总结了载体的共性特征并对未来的甲醇蒸气重整催化剂载体进行了展望。

吸附相反应技术制备Cu基催化剂在甲醇合成第一步反应中的活性（英文）

采用吸附相反应技术（APRT）制备了Cu基催化剂，并用XRD、HRTEM、H2-TPR等表征手段进行了分析。结果表明催化剂中的Cu良好分散于载体表面，粒径在5～10 nm。在液相乙醇体系合成气制甲醇的反应中，该Cu基催化剂对第一步形成中间产物甲酸乙酯的催化活性远高于工业催化剂。APRT 制备的催化剂与其他催化剂（包括工业催化剂）在液相合成气制甲醇的两步反应中表现出的显著差异，不仅说明APRT催化剂具有不同的结构特点，也表明甲酸乙酯的形成和进一步的加氢的活性位是不同的。

Cu基催化剂上糠醛转化为糠醇结构敏感性的理论研究

本研究采用密度泛函理论方法以Cu(111)和Cu(211)表面为代表研究了Cu基催化剂上糠醛加氢转化为糠醇反应的结构敏感性。通过研究糠醛转化为糠醇过程中反应物、中间物种和产物的吸附及可能的反应机理,得出,在Cu(111)和Cu(211)表面上,糠醛C=O基团的碳原子首先加氢(F-CHO+H→F-CH_(2)O),然后氧原子加氢(F-CH_(2)O+H→F-CH_(2)OH),且第二步是整个反应的速率控制步骤。计算结果表明,Cu(211)表面对糠醇的生成具有较好的催化活性,这是由于该表面能够促进H_(2)解离和增强糠醛吸附,进而促进将糠醛转化为糠醇。本工作为通过调节金属催化剂的微观结构来控制生物质分子转化的活性和选择性提供了一种可行的方法。

Cu基催化剂脱除逃逸氨的机理研究

氨气是PM_(2.5)的重要前体物之一,为了脱除以氨作为还原剂的选择性催化还原(NH_(3) selective catalytic reduction,NH_(3)-SCR)技术产生的脱硝烟气中的逃逸氨,基于固定床反应器对30-CuO/Al_(2)O_(3)的脱除逃逸氨反应机理进行了实验研究。结果发现,由于30-CuO/Al_(2)O_(3)具有载氧体的属性,当反应气体中不含O_(2)时仍发生了基于氧化态载氧体(CuO)的氨脱除过程,由此证明了基于30-CuO/Al_(2)O_(3)的氨脱除过程包含化学链燃烧反应机理,且基于化学链燃烧反应机理的氨脱除的N_(2)选择性明显高于基于选择性催化氧化机理(SCO)的氨脱除的N_(2)选择性。研究SO_(2)对逃逸氨脱除机理的影响发现,当反应气体中含有50μL/L SO_(2)时,与不含SO_(2)相比,350℃下的NO选择性从38.0%大幅降至2.7%,结合催化剂的XRD表征结果认为,含有SO_(2)时的逃逸氨脱除机理以化学链燃烧反应机理为主。

Cu基催化剂臭氧化深度处理工业园区二级出水的研究

采用浸渍法制备Cu基催化剂并将其用于催化臭氧化工艺,探讨了运行参数对工业园区二级出水处理效果的影响,利用三维荧光图(3D-EEM)分析了水质变化特征。结果表明:在单独臭氧氧化反应时间为60 min时,COD去除率及总氮(TN)去除率分别为29.7%和5.3%,芳香化程度SUVA_(254)迅速从2.7 L/(mg·m)降至1.0 L/(mg·m);在Cu基催化剂投加量为100 g/L的条件下反应60 min时,COD去除率及TN去除率分别达到84.7%和19.8%,SUVA_(254)稳定在0.9 L/(mg·m);催化臭氧化反应20 min总荧光强度去除率达到89.5%。