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《陕西师范大学》 2011年
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改性蒙脱土负载Co催化剂的费—托合成反应行为

王光伟  
【摘要】:作为GTL、CTL、BTL (Natural gas (Coal, Biomass) to Liquid)技术的核心,由合成气(H2+CO)生产清洁燃料和化学品的费-托合成反应(Fischer-Tropsch synthesis, FT),无论从能源还是环境的角度,对社会的可持续发展都具有重要意义。因此,在化石能源渐趋枯竭、环境污染不断加剧、石油需求和油价持续攀升及世界能源资源争夺战愈演愈烈的二十一世纪,将这个有近百年研究历史的反应推至风口浪尖,备受各国政府、企业及研究者关注。然而,FT合成本质上是一表面聚合反应,由于受Anderson-Schulz-Flory (ASF)分布的限制,其产物主要是由C1-C100+直链烃组成的非常复杂的混合物,产品后处理工艺复杂。因此,如何合理设计催化剂,有效打破ASF分布限制,一步高选择性地合成目的产物如汽油、柴油等液体燃料,具有重要的理论和现实意义,但这也是FT合成研究开发的一大挑战。 在分析选择性控制FT合成产物现有文献的基础上,根据蒙脱土的贮量丰富、廉价易得、环境友好、酸性与结构可调等特点,本论文分别以酸活化和不同阳离子交换的钠基蒙脱土为载体,以Co作为FT合成活性组分,采用等量浸渍法制备了Co/改性蒙脱土双功能催化剂,对其结构、织构、酸性及还原行为进行了XRD、SEM、N2低温吸脱附、FT-IR、NH3-TPD、吡啶-FTIR、H2-TPR等表征分析,并与FT合成反应结果进行了关联分析,探讨了蒙脱土层状结构、酸性、孔特征等在影响催化剂活性和选择性控制FT合成产物分布方面的作用机制。主要研究内容及结论如下: (1)在不同条件下,分别将一定浓度的NH4+、Co2+、Al3+溶液与天然Na基蒙脱土(Na-MMT)进行离子交换,制备了酸性及孔结构不同的离子交换蒙脱土。采用等体积浸渍法制备了Co/离子交换蒙脱土负载型催化剂,并考察了其催化FT合成反应性能。研究结果表明,与Na-MMT相比,离子交换蒙脱土依然保持了MMT的层状结构,但其比表面积、孔容、酸性明显提高,且与所交换的阳离子密切相关。在相同反应条件下(1.0MPa,235℃, H2/CO=2, W/F=5.02g·h·mol-1),尽管Co/Na-MMT的FT反应活性非常低,Co/离子交换蒙脱土催化剂的FT反应活性大大提高。与Co/SiO2相比,Co/蒙脱土催化剂的FT合成产物选择性明显偏离了Anderson-Schulz-Flory分布,其中C4-C20的选择性增加,而C21+重质烃的选择性明显降低。将表征与反应结果进行关联分析可知,蒙脱土层间Na+的交换程度及催化剂的还原行为是决定其FT活性的关键因素;而产物分布的不同主要归因于FT长链烃在蒙脱土酸性位上不同程度的裂解。 (2)以钠基蒙脱土为基质,采用硝酸溶液在不同温度和时间条件下对其进行酸化改性,制备了一系列酸性与孔结构不同的酸化蒙脱土。采用等体积浸渍法制备了Co/酸化蒙脱土催化剂,并在1.0 MPa,235℃, H2/CO=2, W/F=5.02 g·h·mol-1条件下考察了其催化FT合成反应性能。研究结果表明,改变酸活化温度和时间,可以得到不同酸量和介孔分布的酸化蒙脱土其中,在100℃下活化24 h时,蒙脱土的天然层状结构被完全破坏,比表面积和酸量较低。催化剂的评价结果表明,与传统的Co/SiO2催化剂相比,酸活化蒙脱土负载钴催化剂具有良好的FT合成催化活性及较高的C4-C20烃选择性。其中Co/Acid-MMT-12/80催化剂表现出优异的FT反应性能及较高的液态烃选择性。根据催化剂及载体的表征结果,可以很好地解释不同催化剂上FT合成反应性能的差异,其中Na+浓度是决定FT合成活性的关键因素,而酸化蒙脱土的酸性特征与FT合成产物分布密切相关。
【学位授予单位】:陕西师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ529.2

【参考文献】
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