钴、锆共掺杂对铟基催化剂二氧化碳加氢制甲醇性能的影响

CO_(2)加氢制甲醇是CO_(2)综合利用的重要途径之一。In基催化剂常用于CO_(2)加氢合成甲醇反应,其甲醇选择性较高,但CO_(2)转化率普遍较低。为研究添加不同比例的Co、Zr对In基催化剂性能的影响,在保持In总物质的量分数不变的情况下,采用共沉淀法制备了不同n(Zr):n(Co)的In基催化剂,通过Ar低温物理吸附、X射线衍射(XRD)、高分辨率透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)和H_(2)程序升温还原(H_(2)-TPR)对催化剂进行了表征,并在温度为240~300℃、压力为3.0 MPa和气体空速为7200 mL/(h·g)的条件下对各催化剂的催化性能进行了测试。结果表明,在一定n(Zr):n(Co)范围内,Co、Zr同时添加的催化剂相对于单独添加Co或Zr的催化剂具有更高的CO_(2)转化率和甲醇时空产率。n(Zr):n(Co)不同会产生不同程度的金属间相互作用,影响催化剂的比表面积、颗粒尺寸和还原性能。当n(Zr):n(Co)为1:3时,催化剂具有最优的甲醇合成性能,甲醇时空产率可达178 mg/(g·h)。催化剂的CO_(2)转化率由高至低依次为Zr_(5)Co_(15)In、Zr_(2.5)Co_(17.5)In、Zr_(7.5)Co_(12.5)In、Co_(20)In、Zr_(10)Co_(10)In、Zr_(20)In和In_(100),与氧空位占比变化的趋势一致。Zr_(5)Co_(15)In催化剂具有更小的颗粒尺寸与更大的比表面积,可以暴露更多的有效活性位点,因此具有更高的还原性和更强的金属间相互作用,其CO_(2)转化率可达到13.63%,相比Co_(20)In提升了19.9%,相比Zr_(20)In提升了64.7%。

二氧化碳催化加氢制高级醇催化剂研究进展

二氧化碳(CO_(2))催化加氢制高级醇是实现CO_(2)高价值利用及缓解温室效应的重要途径之一。综述了近年来CO_(2)催化加氢制高级醇的研究进展。首先从热力学角度分析了CO_(2)催化加氢制高级醇的有利反应条件及催化剂要求。然后重点介绍了适用于该领域的不同类型的催化剂(贵金属基、铜基、钴基和钼基催化剂)的研究情况。最后基于关键中间体及主反应路径,总结了CO_(2)催化加氢制C2+醇合成机理。通过总结与分析,指出了目前CO_(2)催化加氢制高级醇研究面临的主要挑战,并对该领域未来的研究方向进行了展望。

二氧化碳催化加氢合成燃料的微通道反应器

[目的]CO_(2)催化加氢合成燃料是一种经济可行、可大规模实施的CO_(2)利用技术,能够解决环境和资源短缺的问题,近年来获得了国内外广泛的关注。文章旨在研究开发1种CO_(2)催化加氢合成碳氢燃料的微通道反应器。[方法]通过采用热力学计算-催化剂制备-反应器设计-结构优化-性能测试的设计思路进行分析。[结果]热力学理论分析表明:CO_(2)催化加氢可以形成碳氢燃料;开发了6种铁基催化剂,从而提高碳氢燃料合成的反应速率;基于流体数值模拟,设计并优化了微通道反应器的结构,该反应器具有结构简单紧凑、传热传质能力强等优点。实验结果表明:Zn-Fe催化剂表现出最好的CO_(2)催化加氢合成低碳烯烃性能,CO_(2)转化率和低碳烯烃选择性分别为32%和44%。[结论]设计的微通道反应器具备CO_(2)资源化利用合成碳氢燃料的功能,对我国应对气候变化、双碳目标实现以及碳氢燃料产业发展具有重要的意义。

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。

Ni/Sm_(2)O_(3)-CeO_(2)/Al_(2)O_(3)催化剂氧空位对二氧化碳低温甲烷化的影响

通过水热合成法将Mn、Sm和Ce作为助剂,掺入水滑石(LDHs)前体后经焙烧-还原分别得到Ni/Sm_(2)O_(3)-CeO_(2)/Al_(2)O_(3)和Ni/MnO_(x)-Sm_(2)O_(3)-CeO_(2)/Al_(2)O_(3)催化剂,研究了两种结构催化剂的二氧化碳低温甲烷化反应。研究结果表明,相较于Ni/Sm_(2)O_(3)-CeO_(2)/Al_(2)O_(3),MnO_(x)的引入使Ni/MnO_(x)-Sm_(2)O_(3)-CeO_(2)/Al_(2)O_(3)在225℃以下表现出优异的性能,CO_(2)转化率达到68%,CH4选择性达到100%,且在100h内具有良好的稳定性,150℃时TOF为0.087s^(-1),大于Ni/Sm_(2)O_(3)-CeO_(2)/Al_(2)O_(3)(0.013s^(-1))。这主要是由于引入MnO_(x),在保持金属颗粒高度分散的同时,借助MnO_(x)在催化剂表面连续还原,提高了Ni/MnO_(x)-Sm_(2)O_(3)-CeO_(2)/Al_(2)O_(3)表面氧空位浓度且增加了催化剂的碱性位点,促进了二氧化碳的吸附和活化。原位红外结果进一步表明,低温下催化剂表面氧空位促进甲酸盐和甲氧基中间物种的生成,进而提高了二氧化碳甲烷化活性。

新催化剂提高二氧化碳制甲醇转化率

据报道,美国橡树岭国家实验室(ORNL)研究人员通过在催化剂载体材料中引入氢化物,将二氧化碳催化加氢反应中甲醇产量提高了2倍。研究人员表示,高收率是由于表面氢化物直接参与了反应,以及在含氢化物的催化剂中,界面电子性质有所改变。研究人员设计了一种催化剂,利用钙钛矿(钛酸钡)负载的铜纳米颗粒将二氧化碳转化为甲醇。选择钛酸钡作载体,是因为其是少数几种可以与氢阴离子(氢化物)结合形成稳定氢化物的材料之一。通常氢化物对空气和水有较强的反应性。此外,研究人员假设加入的氢阴离子可能将影响催化剂与载体界面上铜原子的电子特性。

二氧化碳加氢合成甲醇氧化铟及其负载金属催化剂研究进展

二氧化碳转化利用技术在“双碳”目标达成方面将发挥重要作用。在各种转化利用反应途径中,因为甲醇可以作为有机合成中间体和液态燃料,二氧化碳加氢合成甲醇受到广泛关注。开发高活性、高选择性催化剂是二氧化碳加氢合成甲醇技术发展的关键。近年来,氧化铟及其负载金属催化剂因其高活性、高甲醇选择性而备受关注。氧化铟与一些金属,如金、银、铂、钯、钌、铑、铱、镍、铼等有强相互作用,不仅可以稳定氧化铟、避免氧化铟过还原,还导致催化剂电子结构、反应途径等发生变化,也使得一些本身不具CO_(2)加氢合成甲醇活性的金属催化剂变为高活性催化剂。CO_(2)加氢合成甲醇氧化铟系催化剂是通过理论研究预测后经实验证实发现的。CO_(2)加氢合成甲醇氧化铟及其负载金属催化剂涵盖单原子催化、团簇及纳米颗粒催化剂,是理论可预测的、难得的模型催化剂体系。相关反应途径可用于解释“催化剂”定义。CO_(2)加氢合成甲醇氧化铟及其负载金属催化剂研究在基础研究和应用两方面都具有重要意义。

二氧化碳加氢制甲醇和低碳烯烃研究进展

介绍了二氧化碳加氢还原制备高附加值产品对于减少依赖化石能源的重要性。综述了二氧化碳加氢制取甲醇和低碳烯烃的研究进展,重点论述了二氧化碳加氢制备甲醇的热力学分析、催化剂选择及其制备方法;以及二氧化碳加氢制备低碳烯烃两种路线(费托路线、甲醇路线)及其催化剂的基本情况,给出了未来高效催化剂的改进方法和研究方向。

二氧化碳加氢制甲醇本征反应动力学研究

为实现“双碳”目标,针对燃煤电厂二氧化碳(CO_(2))制大宗化学品甲醇(CH3OH),在温度为200~280℃、压力为3.0~6.0 MPa、原料气中氢气(H_(2))与CO_(2)物质的量之比为3~9、空速为9600 mL/(g·h)的条件下,研究了二氧化碳加氢制甲醇本征反应动力学,建立了幂函数动力学模型,并回归拟合得到了模型参数;经残差分析及统计校验,表明模型是适当的,可为工业反应器设计提供依据。通过动力学模型模拟,研究了工艺条件对二氧化碳加氢制甲醇反应的影响,并对比分析了实验值与模型计算值,进一步验证了动力学模型的适用性,并得到最优工艺条件,其中温度为260℃、压力为4.5 MPa、原料气中H_(2)与CO_(2)物质的量之比为4。

化工企业中工业催化剂对二氧化碳加氢性能的影响分析

目前,化工企业中存在二氧化碳转化率低的情况,为满足对二氧化碳进行高效转化的需求,现提出化工企业中工业催化剂二氧化碳加氢性能影响的分析,通过实验制备出复合催化剂,再进行测试选择最佳的温度环境与气体流速。通过实验可得出,不同催化剂对二氧化碳加氢的转化率、甲醇选择性、一氧化碳选择性和甲醇收率等性能方面均有不同程度的提升作用,其中,以实验制备出的复合催化剂的影响效果最明显,能够作为化工企业中的常规工业催化剂进行投放和使用。

不同合成工艺的二氧化碳催化加氢制甲醇装置经济性分析

为研究二氧化碳催化加氢制甲醇规模化装置的经济性,以较有代表性的3种工艺(单塔带循环工艺、双塔带循环工艺和双塔带循环加小合成工艺)为研究对象,以10×10^(4)t/a甲醇产能为例,分别从固定资产投资、公用工程消耗和总成本费用这三方面,对3种工艺的经济性进行了分析和比较。结果表明,双塔带循环工艺较单塔带循环工艺的总成本费用减少5.3%,双塔带循环加小合成工艺较单塔带循环工艺的总成本费用减少9.0%。在总成本费用中,氢气占比为46%~52%,因此氢气是影响总成本费用的决定性因素,当甲醇价格取2696.9 CNY/t,二氧化碳价格小于等于0.4 CNY/m^(3),氢气价格小于等于0.7 CNY/m^(3)时,双塔带循环加小合成工艺具有经济可行性。

二氧化碳加氢制甲醇过程中铜基催化剂活性位点研究进展

二氧化碳加氢制甲醇反应研究对解决能源紧缺和环境问题具有重要意义。以Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)为代表的铜基催化剂因其反应活性高、成本低廉而备受关注,受限于催化剂中Cu物种的电子结构多样性与表征技术的发展水平,铜基催化剂的真实活性位点、反应机理尚不清楚。本文综述了二氧化碳加氢制甲醇过程中铜基催化剂活性位点的研究进展,并结合原位表征技术的研究进展对其反应机理进行综述。研究人员结合多种先进表征手段确定了活性位点的结构和组成,同时揭示了不同催化剂结构对反应性能的影响。通过原位表征技术的应用,可以实时观察反应过程中催化剂的结构变化,揭示了反应关键步骤和催化剂的作用方式。未来可以结合更多原位表征技术和计算模拟方法,探索催化剂微观结构和反应机理,以更高的反应性能制备绿色甲醇。

水热反应产氢及其高效还原二氧化碳产甲酸的研究进展

由二氧化碳过度排放引起的全球气候变化日益受到关注,通过二氧化碳资源化利用实现减排已成为研究热点之一。甲酸不仅是一种重要的有机化工原料,还可应用于储氢燃料电池领域。本文从二氧化碳资源化利用的背景出发,介绍了水热反应的特性,以及水作为氢源在水热条件下还原二氧化碳生产高附加值化学品甲酸的相关进展,以期为二氧化碳在光催化、电化学还原资源化利用提供新途径。

脱水耦合逆水气变换制一氧化碳过程研究

逆水气变换制是CO为CO_(2)加氢二步法合成甲醇过程中的第一步。本文在逆水气变换反应过程引入脱水耦合反应,突破该反应在低温下的平衡限制。本文考察了脱水剂性能、脱水剂含量、H2与CO进料比等对该反应的影响,证明添加20%的脱水剂即可至少提高商用催化剂低温(220~330℃)活性4~5倍,并获得远超平衡限制的CO_(2)转化率。

纳米二氧化锆催化剂上一氧化碳加氢合成异丁烯

考察了纳米ZrO2 的制备方法及Al2 O3 和KOH助剂的添加对ZrO2 催化CO加氢合成异丁烯反应的影响 .纳米ZrO2 的制备方法对ZrO2 的物理性质和催化性能有较大的影响 .用超临界流体干燥法干燥并在流动N2 气氛中焙烧制得的ZrO2 催化剂对异丁烯具有较高的选择性 .Al2 O3 和KOH助剂表现出非常优良的助剂效应 ,在大幅度提高催化剂对i C4烃选择性的同时保持了和ZrO2 同样高的催化活性 .催化剂的酸碱性表征结果表明 ,酸碱性对催化剂的催化性能影响很大 。

二氧化碳加氢合成低碳烯烃反应平衡体系热力学研究

随着世界工业的发展 ,含碳物质氧化的最终产物CO2 的排放量与日俱增 ,CO2 温室气体对环境的污染已引起人们广泛的关注 .研究证明 ,CO2 可作为单体转化为烃进行二次利用 ,是最有前景的抑制其大量排放的途径 .在化学反应工程上 ,热力学研究可以为反应体系提供一个反应物转化率的理论最大值 ,从而更加清楚地认识这一反应体系 ,为衡量催化剂的效果提供有利的尺度 ,进而指导催化剂的开发工作 .对CO2 加氢合成低碳烯烃反应体系平衡时进行了热力学研究 ,通过数学方法对催化作用下反应体系的热力学参数进行求解 ,分析了反应体系平衡时各相的平衡组成及其同温度、压力和氢 /碳比之间的关系 .结果表明 ,CO2 理论最高转化率为 6 9%～ 71% .

二氧化碳加氢直接合成二甲醚催化剂的研究 Ⅰ. 沉淀剂对催化剂结构和性能的影响

使用不同沉淀剂制备了CuO ZnO Al2O3 HZSM 5复合型催化剂,考察了其对CO2直接加氢的催化性能,并采用H2 TPR、XRD、BET、CO2 TPD、H2 TPD等表征方法对催化剂物化性质进行了表征。研究结果表明,沉淀剂对催化剂的反应性能、晶相结构、还原难易程度、以及对CO2、H2的吸附性能等均有显著影响。催化剂上存在两种吸附位,催化剂的活性、选择性与其吸附性能密切相关。研究结果可以较好地解释CO2直接转化为甲醇和二甲醚的反应机理。

稀土对二氧化碳加氢合成低碳烯烃催化剂活性的影响

以Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ作为铁—海泡石催化剂的助催化剂，用于二氧化碳加氢反应，合成低碳烯烃，得到了良好的结果。稀土元素的加入影响产物的分布与二氧化碳的转化率，其中，以含２５％钕的催化剂活性及选择性最佳。

二氧化碳加氢直接合成二甲醚催化剂的研究Ⅱ铜/锌对复合催化剂结构和性能的影响

制备了具有不同铜/锌(氧化物质量比)的CuOZnOAl2O3/HZSM5复合型催化剂,考察了其对CO2加氢直接合成二甲醚的催化性能,并采用H2TPR、XRD、BET、IR及XPS等表征方法对催化剂的物化性质进行了表征。结果表明,催化剂中的铜/锌对催化剂的反应性能、晶相结构以及还原难易程度等均有一定程度的影响。在所制备的四种不同铜/锌的复合催化剂中,以Cu/Zn=1/2的催化剂反应性能最为理想,虽然它们的还原峰位置和比表面积相差不大,但在反映催化剂各组分间相互作用的IR谱图中则表现出较明显的差别。XPS结果表明,活性组分铜以Cu+和Cu0两种形态存在,支持Cu+和Cu0共同组成合成甲醇活性中心的观点。

铁钴双金属催化剂上二氧化碳加氢合成低碳烯烃

研究了常压下铁钴双金属催化剂上二氧化碳催化加氢合成低碳烯烃的反应，考察了钴含量、反应温度对二氧化碳转化率、产物选择性的影响。结果表明，钴的添加有利于铁的碳化，提高了二氧化碳转化率，降低了一氧化碳选择性，提高了甲烷选择性，适量钴的添加促进了二氧化碳向烃的转化。在铁钴摩尔比６７∶３３，反应温度３５０℃，反应空速５０００ｍｌｇ－１ｈ－１条件下，二氧化碳转化率达到２８１％，Ｃ＋２选择性达到１１６％。