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有序中孔碳材料的合成及其负载钌、钴费-托合成催化剂催化性能的研究

作　者: 熊昆
导　师: 李金林
学　校: 中南民族大学
专　业: 分析化学
关键词: 费-托合成镶嵌有序中孔碳 SBA-15 C-SBA-15 钌催化剂钴催化剂
分类号: TQ529.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

费-托合成是将煤、天然气或生物质等间接转化为液体燃料的重要工艺过程,已引起研究者们广泛关注。尽管在工业应用中,铁、钴催化剂的应用更为普遍,然而,对于钌催化剂,其催化活性是最高的,易于生成高碳链烃类物质。因此,通常情况下,钌催化剂主要是应用于基础理论研究,成为开发新型费-托合成催化剂的最佳模型对象。当我们研究载体孔结构以及活性金属本质对催化剂性能的影响时,为了消除载体与活性金属之间的相互作用,碳材料被认为是较为理想的载体。这是由于它是一种惰性材料,具有独特的结构,较高的比表面积等物理化学特性。本论文选用SBA-15作为模板,合成不同孔径的有序中孔碳材料,并负载钌、钴催化剂。采用X-射线粉末衍射（XRD）、孔结构测试、透射电子显微镜（TEM）、氢气程序升温还原（H2-TPR）、氢气程序升温脱附（H2-TPD）等技术对催化剂进行了表征,在固定床反应器中进行活性测试。系统地考察了载体、孔径和制备方法对催化剂结构和费-托合成催化性能的影响,其结论如下:1.催化剂Ru-OMC依然保持着多孔有序的结构,具有较高的比表面积,与有序中孔碳材料载体没有太大的差别。同时,其催化活性明显高于传统浸渍法制备的催化剂。这是由于钌纳米颗粒镶嵌到碳壁上,这种相互作用阻止了钌颗粒的聚集。另外,在金属钌颗粒和碳载体的界面处形成较多的缺陷位,从而有效地阻止了钌颗粒的氧化,并且会引起氢溢流效应。这种现象有助于反应气体在钌活性位上吸附、解离和转移,进而增加了催化剂的催化活性。然而,正是由于Ru-OMC催化剂的这种特殊结构引起的氢溢流效应,以及较窄的孔道使H2比CO更容易进入孔道,导致孔道内H2/CO增高,因此CH4选择性增加。2.选用相同的方法制备了不同孔径的有序中孔碳材料,将钌纳米颗粒镶嵌到碳壁上,考察这一系列催化剂的费-托合成反应的催化性能。所有催化剂依然保持着多孔有序的结构。与孔径较小的催化剂相比,孔径越大,形成的金属钌纳米颗粒越大,催化剂的CO转化率逐渐增大,C1的选择性逐渐降低,而C5+的选择性则逐渐增加。这可能是由于催化剂具有较大尺寸的钌纳米颗粒,特殊的化学环境（活性物种镶嵌到载体上）,以及孔道的传质扩散效应引起的。3.以纯硅分子筛SBA-15、纯碳OMC和碳对分子筛SBA-15进行改性得到的碳、硅“混凝土型”复合材料C-SBA-15为载体,采用满孔浸渍法制备钴催化剂。利用碳改性SBA-15可以明显影响催化剂的催化活性。这是由于碳的引入,导致催化剂更容易还原,同时催化剂分散较好,因此具有更好的催化活性和重质烃选择性。然而,对于催化剂Co/OMC,由于高的比表面积造成钴物种高度分散,颗粒较小,且有部分颗粒已进入到丰富的孔结构中,使钴物种难以接触到H₂,因此较难还原。同时,在反应过程中,较小的钴颗粒容易发生聚集和烧结,因而催化活性最低。

有序中孔碳材料的合成及其负载钌、钴费-托合成催化剂催化性能的研究

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