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《华南理工大学》 2015年
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碳纳米管表面性质对Cu基催化剂催化CO_2加氢合成甲醇性能的影响

王冠男  
【摘要】:当今,由全球环境问题所引起的CO2排放问题变得越来越复杂,特别是在烟尘排放税执行以后,其已经被视作一个经济和政治问题。因此,CO2的减排变得越来越重要。将CO2转变为燃料被公认为减少CO2排放的有效途径,同时能够缓解人类对化石能源的依赖。在诸多CO2加氢的可能产物中,甲醇因其既是洁净合成燃料、又是重要的化工原料,还可作为燃料电池氢燃料的载体,因此成为首选的目标产物。CO2加氢合成甲醇能同时解决环境和能源两大问题,因此其研究备受关注。CO2加氢合成甲醇常用的催化剂有Cu/Zn O和Cu/Zr O2-基催化剂,由于后者表现出更高的甲醇选择性和稳定性,因此已有大量相关研究。碳材料具有很强的疏水性,有利于产物水的快速脱附,从而能够有效降低水对催化反应的抑制作用以及对催化剂水热稳定性的要求,同时碳纳米管也广泛用作催化剂载体,因具有大比表面积、特殊孔道结构、强吸附性能,而体现出优异的性能。另外,碳纳米管的表面性质在催化反应中扮演了重要的角色。掺氮碳纳米管负载金属后所得催化剂的稳定性更高,同时氮的引入也可以提高碳材料的催化活性。与不掺氮的碳材料相比,掺氮碳材料有更好的抗氧化性能。本文以表面功能化的多壁碳纳米管(MWCNTs)为载体,采用并流共沉淀法制备得到Cu/Zr O2/CNTs系列催化剂,研究碳纳米管表面基团对催化剂性能的影响,并考察氮含量以及含氮基团种类对CO2加氢合成甲醇的影响。研究结果如下。首先,通过不同方法处理多壁碳纳米管(WMCNTs),使其带有不同种类的官能团(如含氮基团、酸性基团及其它含氧基团);并用其负载Cu/Zr O2组分催化剂。重点考察碳纳米管表面化学性质对Cu/Zr O2-基催化剂催化CO2加氢合成甲醇的影响。活性评价结果表明,在反应条件为3.0 MPa、260°C、V(H2):V(CO2):V(N2)=69:23:8、GHSV=3600 h-1时,表面带有含氮官能团的碳纳米管所制备出的催化剂(CZ/CNTs-3,Cu的负载量仅为10.3 wt%)表现出的活性最高(CO2转换频率可达1.61x10-2 s-1,时空产率可达84.0 mg·g-1cat·h-1)。碳纳米管表面含氮基团的存在提高了Cu氧化物物种的分散度,促进了其还原,减小了金属Cu的晶粒尺寸,从而提高了催化剂对H2和CO2的吸附能力,最终提高了CO2转化率、CH3OH选择性以及CH3OH产率。碳纳米管表面的含氧官能团降低了催化剂表面Cu的分散度,降低了CO2转化率,进而减小了甲醇的产率。其次,考察了不同掺氮量和掺氮种类对碳纳米管负载Cu-Zr O2催化剂催化CO2加氢制甲醇的性能的影响。活性评价结果表明,在反应条件为3.0 MPa、260°C、V(H2):V(CO2):V(N2)=69:23:8、GHSV=3600 h-1时,以含氮量更高(2.96%)的碳纳米管为载体制备出的催化剂(CZ/CNTs-4,Cu的负载量仅为10.8 wt%)表现出的活性更好(甲醇选择性可达75%,甲醇产率可达8.64%,时空产率可达102 mg·g-1cat·h-1)。碳纳米管掺氮量越高,Cu氧化物物种的分散度越好,其还原越容易进行,金属Cu的晶粒尺寸越小,使得催化剂对H2的吸附能力越强,最终促进了CH3OH选择性以及CH3OH产率。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:O643.36;X701

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 丛昱,包信和,张涛,孙孝英,梁东白,田金忠,黄宁表;CO_2加氢合成甲醇的超细Cu-ZnO-ZrO_2催化剂的表征[J];催化学报;2000年04期
2 林胜达;唐浩东;吕兆坡;刘采来;岑亚青;刘化章;;沉淀方法对铜基甲醇合成催化剂前驱体及其性能的影响[J];催化学报;2010年10期
3 陈萍,张鸿斌,林国栋,蔡启瑞;催化裂解CH_4或CO制碳纳米管结构性能的谱学表征[J];高等学校化学学报;1998年05期
4 郭晓明;毛东森;卢冠忠;王嵩;;CO_2加氢合成甲醇催化剂的研究进展[J];化工进展;2012年03期
5 靳治良;钱玲;吕功煊;;二氧化碳化学——现状及展望[J];化学进展;2010年06期
6 赵云鹏;田景芝;荆涛;;CO_2加氢合成甲醇催化剂CuO-ZnO/ZrO_2的制备[J];齐齐哈尔大学学报;2006年03期
7 李基涛,张伟德,陈明旦,区泽棠;铜基催化剂上CO_2吸附的TPD和TPSR研究[J];天然气化工;1998年05期
8 郭晓明;毛东森;卢冠忠;王嵩;;CuO-ZnO-ZrO_2的柠檬酸燃烧法制备及其催化CO_2加氢合成甲醇的性能[J];物理化学学报;2012年01期
9 李辉;马春辉;林国栋;张鸿斌;;Co修饰碳纳米管促进的Cu-ZrO_2催化剂上CO_2加氢制甲醇[J];厦门大学学报(自然科学版);2008年06期
10 刘志铭;林国栋;张鸿斌;;CO_2加氢制甲醇用碳纳米管促进的高效新型CuO-ZnO-ZrO_2基催化剂[J];厦门大学学报(自然科学版);2010年03期
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1 张宇;氮掺杂多壁碳纳米管的制备及其电化学性质研究[D];大连理工大学;2010年
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1 文艺;二氧化碳加氢合成甲醇超细铜基负载型催化剂的制备表征及催化性能研究[D];南京理工大学;2004年
2 王丽珊;MxOy/MWCNTs催化剂的低温SCR性能与反应机理的研究[D];华南理工大学;2012年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨平,曹勇,包信和,戴维林,范康年;助剂对合成碳酸二甲酯用活性炭负载Wacker催化剂结构和性能的影响[J];催化学报;2004年12期
2 董昆明,武小满,林国栋,张鸿斌;碳纳米管负载/促进的Mo-Co加氢脱硫催化剂[J];催化学报;2005年07期
3 王继元;曾崇余;吴昌子;;助剂SiO_2对CO_2加氢制二甲醚催化剂Cu-ZnO/HZSM-5性能的影响[J];催化学报;2006年10期
4 周敏;林国栋;张鸿斌;;多壁碳纳米管负载铂的甲苯加氢脱芳催化剂[J];催化学报;2007年03期
5 王丹君;陶芙蓉;赵华华;宋焕玲;丑凌军;;CO_2辅助老化制备的Cu/ZnO/Al_2O_3催化剂上CO_2加氢制甲醇(英文)[J];催化学报;2011年09期
6 万淼,黄新堂;钴/碳纳米管催化剂CVD法制备碳纳米管[J];材料科学与工程学报;2005年06期
7 吕男,卢然,王策,曹昌盛,谢腾峰,李铁津;以巴比妥酸和蜜胺衍生物为组件构建的一种新型超分子纳米管[J];高等学校化学学报;2000年03期
8 卢怡,朱珍平,吴卫泽,刘振宇;催化辅助爆炸法合成碳纳米管[J];高等学校化学学报;2003年06期
9 宋旭春,郑遗凡,韩贵,殷好勇,曹广胜;MoS_2/C复合纳米管的合成[J];高等学校化学学报;2005年04期
10 张鸿斌,周振华,董鑫,林国栋,陈铜,廖远琰;碳纳米管及其H_2吸附体系的Raman光谱[J];光散射学报;2001年04期
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1 王继元;顾越峰;姚小利;陈韶辉;李晓强;曾崇余;;ZrO_2对CO_2加氢合成二甲醚Cu-ZnO/HZSM-5催化剂性能的影响[A];第十届中国科协年会论文集(三)[C];2008年
2 闫晓琦;孙波;张坤;陈久岭;张松林;李永丹;;基于NiZnAl催化剂的碳纳米管合成、表征及机理研究[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年
3 王继元;顾越峰;姚小利;陈韶辉;李晓强;曾崇余;;ZrO_2对CO_2加氢合成二甲醚Cu-ZnO/HZSM-5催化剂性能的影响[A];第十届中国科协年会第18分会二氧化碳减排和绿色化利用与发展研讨会论文集[C];2008年
4 李涛;;石化副产二氧化碳废气的资源化利用[A];2015年中国化工学会年会论文集[C];2015年
5 于杨;陈海波;魏士新;殷玉圣;谢天明;;含水滑石铜锌铝催化剂上CO_2加氢制甲醇研究[A];2015年中国化工学会年会论文集[C];2015年
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1 张勇;纳米碳纤维的批量制备技术与装置研究[D];湖南大学;2010年
2 黄峰;H_2-H_2O液相催化交换法分离氢同位素的研究[D];大连理工大学;2011年
3 郭晓明;二氧化碳加氢合成甲醇铜基催化剂的研究[D];华东理工大学;2011年
4 梁逵;碳纳米管及氧化镍超级离子电容器的研究[D];电子科技大学;2002年
5 张红瑞;碳纳米管和轻多元素纳米管的制备、结构及工艺参数优化[D];郑州大学;2003年
6 朱亚波;碳纳米管及相关材料的生长与电学性质研究[D];重庆大学;2003年
7 艾智慧;微波/超声辅助光催化降解氯酚的研究[D];华中科技大学;2004年
8 陈金媛;负载型纳米TiO_2复合光催化剂的合成及应用研究[D];浙江大学;2005年
9 康振辉;基于“C-H-O”体系软化学的碳纳米管的合成、剪裁与催化特性[D];东北师范大学;2005年
10 居艳;碳纳米管负载非晶态镍磷的催化性能研究[D];南昌大学;2005年
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1 别良伟;二氧化碳加氢直接合成二甲醚中双功能催化剂的制备及活性研究[D];昆明理工大学;2009年
2 王翠芳;二氧化碳加氢浆态床一步法合成二甲醚的试验研究[D];昆明理工大学;2009年
3 王帅;基于生物质基合成气直接合成二甲醚研究[D];浙江大学;2011年
4 商敏静;二氧化碳加氢合成甲醇催化剂的研究[D];大连理工大学;2011年
5 朱婧;直立有序碳纳米管和金电极在电化学生物传感器中的应用研究[D];华东师范大学;2011年
6 杨云鹏;聚合物/乙炔为碳源CVD法合成碳纳米管的研究[D];东北林业大学;2011年
7 陈浩斌;CO_2催化加氢直接合成二甲醚的研究[D];西北师范大学;2010年
8 吴广涛;CNTs/Fe_3O_4/TiO_2纳米复合材料的组织结构与光催化性能[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 牒亮;低温燃料电池氧还原和甲酸氧化电催化剂研究[D];湖南大学;2009年
10 高晓庆;Ni-Mn/γ-Al_2O_3催化剂的制备、表征及其CO_2甲烷化研究[D];山西大学;2011年
【二级参考文献】
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1 张强,徐征,千载虎;在CuO-ZnO及CuO-ZnO-ZrO_2催化剂上CO_2/H_2低压合成甲醇的研究[J];催化学报;1989年01期
2 毛利群,徐征,千载虎,黄家生,林治银,徐奕德;CuO/ZnO/ZrO_2催化剂上CO_2加氢反应机理的研究[J];催化学报;1992年03期
3 郑国栋,师同顺,曹锡章;CO_2电催化还原的研究 Ⅴ.有机碱对CO_2电催化还原的影响[J];催化学报;1992年06期
4 丛昱,田金忠,黄宁表,徐长海,张涛,孙孝英,关文,梁东白;超细Cu-ZnO-ZrO_2催化剂的制备及其催化CO_2加氢合成甲醇的性能[J];催化学报;2000年03期
5 丛昱,包信和,张涛,孙孝英,梁东白,田金忠,黄宁表;CO_2加氢合成甲醇的超细Cu-ZnO-ZrO_2催化剂的表征[J];催化学报;2000年04期
6 索掌怀,寇元,王弘立;还原条件对CO_2加氢用Fe/TiO_2催化剂结构的影响[J];催化学报;2001年04期
7 刘业奎,王黎,侯栋,万华,冯霄;二氧化碳加氢合成低碳烯烃反应平衡体系热力学研究[J];催化学报;2004年03期
8 林明桂,杨成,吴贵升,魏伟,李文怀,单永奎,孙予罕,何鸣元;锰和镧改性Cu/ZrO_2合成甲醇催化剂的结构及催化性能[J];催化学报;2004年07期
9 唐晓龙;郝吉明;徐文国;李俊华;;新型MnO_x催化剂用于低温NH_3选择性催化还原NO_x[J];催化学报;2006年10期
10 王东升;谭猗生;韩怡卓;椿范立;;CO_2对浆态床一步法合成二甲醚铜基催化剂稳定性的影响[J];催化学报;2008年01期
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1 周广英;NH_3在Mn/ZSM-5系催化剂上选择性催化还原氮氧化物及反应机理研究[D];华南理工大学;2011年
2 王新征;碳纳米管电化学特性及去离子电容应用研究[D];华东师范大学;2006年
3 于陕升;氮掺杂碳纳米管的第一原理研究[D];吉林大学;2007年
4 乔靓;碳纳米管场发射性质的第一原理研究[D];吉林大学;2007年
5 薛云;尖晶石型锰系氧化物的合成及超级电容性能研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
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1 王文辉;低温等离子体改性碳纳米管及其脱除NOx的研究[D];华南理工大学;2011年
2 钟标城;Fe-Mn复合金属氧化物催化剂低温SCR脱除NO_x研究[D];华南理工大学;2011年
3 杨娇萍;超级电容器用多孔活性炭材料的研究[D];北京化工大学;2005年
4 李强;碳和掺杂碳纳米管功能化材料的制备及性能测试[D];郑州大学;2005年
5 张月梅;硼掺杂碳纳米管结构和气敏性能的理论研究[D];山东大学;2006年
6 张光绪;碳基电化学电容器的制备与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
7 陈建军;锰基催化剂研制及其低温选择性催化还原NO_X机理研究[D];清华大学;2007年
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4 彭盛霖;欧阳方平;;CO和CO_2分子在缺陷石墨纳米带上的吸附研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
5 孟海玲;董仁杰;邢雅楠;刘再亮;刘广青;;生态温室系统中作物冠层的CO_2分布[A];2004年中国设施园艺学会学术年会文集[C];2004年
6 陈松芳;王小同;黄汉津;邵胜敏;;慢性低O_2高CO_2对大鼠学习记忆的影响[A];2006年浙江省神经病学学术年会论文汇编[C];2006年
7 李倩;郭宪民;李卫国;;跨临奅CO_2两相流引射制冷系统性能实验研究[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
8 毛玉如;方梦祥;王勤辉;吴学成;骆仲泱;倪明江;岑可法;;O_2/CO_2气氛下循环流化床煤燃烧污染物排放的试验研究[A];长三角清洁能源论坛论文专辑[C];2005年
9 黄晓颖;王良兴;李明;陈少贤;;知母宁对慢性低O_2高CO_2大鼠肺小动脉结构型和诱导型NOS基因表达的影响[A];2005年浙江省内科学学术年会论文汇编[C];2005年
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6 齐共新;CO_2催化加氢合成醇、醚等含氧化合物的Cu基催化剂及其机理研究[D];浙江大学;2001年
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1 金红丽;CO_2电化学还原制取CO的研究[D];浙江工业大学;2006年
2 张立峰;CO_2气提耦合真空闪蒸进行发酵乙醇的在位分离[D];天津大学;2006年
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4 林益安;以CO_2为原料气流床气化制高浓度CO合成气研究[D];西北大学;2013年
5 谢振刚;空间站用CO_2去除装置吸附剂性能试验研究及原理样机研制[D];兰州理工大学;2009年
6 周英涛;CO_2热泵技术在供暖系统中的应用研究[D];大连理工大学;2013年
7 张翠红;多相体系中CH_4、CO_2、O_2直接合成乙酸的研究[D];太原理工大学;2004年
8 杨帆;洪河湿地CO_2排放通量响应研究[D];东北农业大学;2013年
9 郭志博;利用污泥脱水液和CO_2培养产油小球藻的研究[D];暨南大学;2013年
10 姚梦茵;基于有机胺法的CO_2吸收—解吸工艺试验研究及捕获系统能耗分析[D];北京交通大学;2014年
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