非计量Zn-Cr尖晶石中离子占位对催化合成气合成异丁醇中的关键作用

异丁醇是一种基本有机化工原料和燃料添加剂。从煤基或生物质合成气制异丁醇符合我国"贫油富煤"的能源结构,对于保障我国能源安全具有重要的现实意义。Zn-Cr基催化剂合成异丁醇具有寿命长、积碳少,产物分布简单的优点,被广泛应用于合成异丁醇研究。本文总结了近年来合成气合成异丁醇的进展,重点介绍本课题组近几年在异丁醇合成过程中发现的非计量Zn-Cr尖晶石中离子占位对催化合成气合成异丁醇中的关键作用。首先概述了异丁醇的催化剂体系、合成工艺以及生成机理,然后介绍了促进阳离子在尖晶石结构中混乱分布的策略,包括调节Zn/Cr比例、煅烧温度、制备方法以及负载碱金属等,同时介绍了两种常用的定量检测尖晶石结构离子占位的方法。本课题组首次发现异丁醇产率与离子分布混乱程度呈近似直线关系,是因为离子占位强烈影响催化剂的物化性质。最后展望了异丁醇合成过程中的机遇和挑战,期望此文对能源化工、材料科学等相关学科的学者有一定的参考和启示作用。

ZnCr基催化剂煅烧温度对异丁醇合成性能的影响

研究了煅烧温度对ZnCr基催化剂合成异丁醇性能的影响。结果表明,随着煅烧温度的升高,催化剂的活性和产物分布都发生了较大的变化。催化剂在较低的温度下煅烧,液相产物中醇主要是甲醇和异丁醇;在较高的温度下煅烧,液相产物醇的分布符合A-S-F方程。用BET、XRD、H2-TPR、XPS等技术手段对催化剂织构参数、体相结构、还原性能、表面组成进行表征。结果表明,在300℃煅烧时,催化剂中的ZnO和Cr2O3未完全形成非计量尖晶石ZnxCr2/3(1-x)O;400℃煅烧时,催化剂中形成了最多量非计量尖晶石ZnxCr2/3(1-x)O;当煅烧温度高于400℃时,随着煅烧温度进一步升高,非计量尖晶石ZnxCr2/3(1-x)O逐步发生了分解,生成了更多量的ZnO和Cr2O3,导致催化剂的活性随之下降。进一步证明了非计量尖晶石ZnxCr2/3(1-x)O是该催化反应活性相。