Zn助剂对铁基催化剂费托合成制低碳烯烃性能的影响（英文）

低碳烯烃(C_2~=–C_4~=)是十分重要的基础化工原料,目前主要采用热裂解或催化裂解石脑油、蜡油等工艺路线生产.近年来,针对全球范围的石油危机及我国富煤贫油这一基本的国情,以煤、天然气(页岩气)和生物质等丰厚的碳资源,经合成气制取低碳烯烃的工艺路线备受关注.其中,合成气经由甲醇或二甲醚间接制取烯烃技术(MTO/MTP)已经工业化;与之相比,费托合成直接生产低碳烯烃(FTO)工艺流程短、投资和操作费用低,具有良好的工业发展前景.目前,费托合成催化剂活性组分的研究主要集中于Fe,Co,Ni和Ru等元素,其中Fe基催化剂具有较高低碳烯烃选择性、较低甲烷选择性和制造廉价等优势,更适合于FTO反应.最近,人们大多聚焦于对负载型铁基催化剂的研究,但传统非负载型铁催化剂由于其制备简单、价格低廉,仍然具有巨大的开发前景.近来,我们组报道了采用微波水热法制备的Zr助剂改性Fe-Zr催化剂应用于CO加氢研究,提高了催化剂的活性,与传统Mn改性铁基催化剂相比,CO_2选择性明显降低.目前,已有研究小组对Zn助剂提高铁基催化剂烯烃选择性进行报道,但反应过程中的严重积碳问题却少有研究.我们在Fe-Zr催化剂的基础上,进一步研究了Zn助剂在提高铁基催化剂低碳烯烃选择性、改善产物分布和降低反应过程积碳方面的作用.我们分别采用微波水热法和浸渍法对铁基催化剂进行了Zn改性,并将其用于费托合成制取低碳烯烃反应.运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、N_2物理吸附(BET)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)技术手段对催化剂的物理和化学性质进行了表征.结果表明,两种方法改性后的铁基催化剂具有高低碳烯烃选择性和稳定性,重质烃(C_5^+)含量降低,且保持低CO_2选择性.此外,采用两种方法 Zn改性的铁基催化剂展现出了不同的特性.XRD结果表明,反应前两种方法制备的样品α-Fe_2O_3物相晶粒大小均为15–18 nm,反应后浸渍法制备的样品对应物相(ZnFe_2O_4)晶粒大小约为25 nm、而微波水热法制备的样品约为20 nm,说明微波水热法改性的催化剂有效分散了Fe活性组分;H_2-TPR结果显示,两种Zn助剂加入方法对催化剂Fe组分的还原行为有不同程度影响,体现了活性组分间不同的相互作用;XPS结果表明,Zn助剂改变了催化剂Fe活性位的化学性质,在微波水热法制得催化剂的表面Zn含量更低、分散度更高,而Zn助剂的加入对Zr组分没有明显影响.所有催化剂经200 h在线活性测试后,采用传统浸渍法制备的催化剂表面有大量积碳生成;而采用微波水热改性铁基催化剂积碳量明显减少,表现出更高的催化活性与稳定性.

浸渍顺序对Zn改性Cr/SiO_2催化剂在CO_2氧化乙烷脱氢制乙烯反应中催化性能的影响

通过改变浸渍顺序分别制备了Cr(10)-Zn(5)/SiO_2、Zn(5)/Cr(10)/SiO_2和Cr(10)/Zn(5)/SiO_2催化剂,并在微型石英反应器中对这三种催化剂的催化性能进行了研究。结合XRD、TG、TPR和TPD-CO_2表征技术,研究了浸渍顺序对催化剂结构性能的影响。实验结果表明,Cr(10)/Zn(5)/SiO_2和Cr(10)-Zn(5)/SiO_2催化剂上ZnCr_2O_4物种的晶粒尺寸比较小,从而表现出较高的初始催化活性,乙烷转化率分别为58. 8%和53. 4%。经过10 h的反应,在Cr(10)/Zn(5)/SiO_2和Cr(10)-Zn(5)/SiO_2催化剂上检测到较多的积碳,从而使催化剂失活。Zn(5)/Cr(10)/SiO_2催化剂上存在大量的Cr^(6+)物种,同时检测到较大晶粒尺寸的ZnCr_2O_4物种,初始催化活性比较低,乙烷转化率仅为48. 2%。但是经过10 h的反应,Zn(5)/Cr(10)/SiO_2催化剂表现出较好的稳定性。

Zn对Cu/AC催化剂甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯催化性能的影响

采用浸渍法制备Zn促进的活性炭(AC)载Cu催化剂CuZn/AC,考察了浸渍顺序和Zn加入量对催化剂的甲醇液相氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)性能的影响。采用XRD,H_2-TPR,CO-TPD,AAS和TEM表征催化剂结构和表面性质。结果表明,共浸渍法制备的催化剂与分步浸渍法相比,其分散性和催化性能优于分步浸渍法制备的催化剂。共浸渍法引入适量的Zn可提高CuZn/AC催化剂的铜物种分散性和还原后的催化剂的Cu0含量,从而提高了催化剂活性。w(Zn)为2%的10Cu_-2Zn/AC催化剂的催化性能最佳,甲醇转化率和DMC选择性分别为10.5%和95.1%。

Ru/MCM-41催化苯选择加氢制环己烯

采用浸渍法制备了Ru/MCM-41催化剂,用于催化苯选择加氢制环己烯反应。为提高环己烯选择性,向催化剂中加入Zn助剂,考察了不同Zn母体对Ru/MCM-41催化性能的影响。结果表明,Zn的加入影响了Ru的还原,从而影响了其催化性能。当使用ZnCl2或Zn(OAc)2为Zn母体时,Ru容易被还原,Ru/MCM-41催化剂表面活性中心数量增加,从而使其催化活性增加;当使用Zn(NO3)2为Zn母体时,部分Ru不易被还原,相应的Ru/MCM-41催化活性有所降低;ZnSO4为Zn母体时,ZnSO4的存在使MCM-41表面显酸性,在催化苯选择加氢反应中,由于表面酸中心和Ru加氢中心的共同存在,使得苯加氢反应存在两条路径,因此反应速率增加,苯转化率增加,并且由于表面酸中心有利于环己烯的吸附,从而易使其发生深度加氢。