收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

CO_2加氢Cu基催化剂的制备及性能研究

张晓艳  
【摘要】:随着世界经济增长,人们对能源的需求不断增加。目前,提供给动力、发电和供热的能源主要为化石燃料。化石燃料燃烧是迄今为止最大的人为CO2排放源。CO2是主要的温室气体。CO2的资源化利用不仅可以改善全球气候变暖,同时有利于缓解能源危机。对于CO2加氢合成甲醇,Cu基催化剂因具有诸多优点而成为被关注的焦点。目前,关于Cu基催化剂的活性位和失活机理等问题仍然不明晰,并且,催化剂的性能有待于进一步提高。Cu基催化剂的性能易受助剂及形貌影响。本文采用不同方法制备SrC03或Mn掺杂的Cu基催化剂和Cu纳米线催化剂用于CO2加氢反应。成功获得了组成、物相及形貌与催化剂性能间的关系,详细讨论了催化剂的失活机理,改进了 Cu纳米线及其所用阳极氧化铝(AAO)模板的制备工艺,发现了具有特殊结构及性能的半球形Cu纳米线阵列。纯Cu纳米线为目前国际前沿的研究热点之一,其在CO2加氢反应中的应用尚属首次。主要研究内容及结果如下:采用水热法制备不同SrC03添加量的CuZnAlSr催化剂,通过机械混合法与HZSM-5载体混合制备复合催化剂,并测试复合催化剂的性能。结果表明,SrC03的最佳含量为6%左右,催化剂的CO2转化率达到30.3%,高于常规甲醇合成催化剂的约15%,二甲醚(DME)和甲醇的总产量达到27.8%。添加的SrC03通过提供立体框架和电子传递桥梁提高催化剂的性能。采用共沉淀-程序升温焙烧的方法制备Cu/Mn氧化物催化剂,并用于CO2加氢反应。当Cu占Cu、Mn总质量的40%时,催化剂前驱体中几乎全部的Cu都与Mn结合形成Cu1.5Mn1.5O4尖晶石相,比表面积最大,催化活性最高,CO2转化率最高达到16.3%。尖晶石相结构有利于催化剂活性提高。Cu/Mn氧化物催化剂更有助于促进逆水煤气变换(RWGS)反应。采用熔融法制备CO2加氢Cu/Mn催化剂,催化剂为合金固溶体(ss),合金化程度较高。随着Mn含量的增加,Cu在合金中的分布更加分散。晶格常数随着Mn含量的增加而增大。当Cu占合金总质量的40%时,催化剂的晶格常数最大,甲醇选择性最高,约为35.8%。Cu/Mn合金化后,甲醇选择性明显提高。催化剂的甲醇选择性较高可能归因于其表面含有较多的缺陷。合金通常具有优良的耐腐蚀和耐高温性能,其在C○2加氢合成低碳醇方面具有潜在的应用价值。将铝基底置于草酸电解液外,采用阳极氧化的方法制备AAO模板。电压和冷却方式均影响电解液温度和模板孔道直径尺寸。使用乙醇/浓盐酸(体积比为2~3)混合溶液溶解铝基底,铝基底的溶解时间约为30 min,AAO模板不受损害,固、液易于分离。在铝基底溶解后的溶液中,金属离子几乎全部为铝离子,便于回收利用,无重金属离子,对环境污染小。采用无电化学沉积法与商业双通AAO模板结合制备Cu纳米线。通过控制沉积时间可分别形成Cu纳米管、Cu纳米线或者纳米孔膜。制备的Cu纳米线主要为金属状态、多晶结构。用95%乙醇代替水配制的敏化液,性质比较稳定,可长时间放置,不易变质失效,但是,与以水配制的敏化液相比,在大约相同的沉积时间条件下较不容易形成纳米线。磁力搅拌条件下,使用商业双通AAO模板电化学沉积法制备Cu纳米线。在电沉积前喷镀一层金属(Au)膜作为导电层。电解液温度为30℃~50℃、电沉积时间为25 min时较为适宜。制备的Cu纳米线主要为金属状态、多晶结构。惰性气氛中,Cu纳米线的抗烧结性能明显优于Cu纳米粒子。移动阴极搅拌条件下,以自制AAO模板的铝基底作为阴极,电化学沉积法制备Cu纳米线,除在模板内部形成纳米线外,还在模板表面上产生半球形的Cu纳米线阵列。制备的Cu纳米线主要为金属状态,平均直径约为80 nm,比表面积约为14.8 m2/g,Cu平均晶粒尺寸约为26 nm。电沉积时间影响样品的形态。具有特殊结构及性能的半球形Cu纳米线阵列在以往的文献中未见有报道,其在对纳米铜腐蚀性要求高的领域可能发挥重要价值。采用移动阴极搅拌、电化学沉积时间未超过30 min制备的Cu纳米线样品作为催化剂,并将其用于CO2加氢反应,考察催化剂的性能和结构变化。结果表明,Cu纳米线具有较高的催化稳定性和烧结抵抗性。Cu纳米线样品的晶粒尺寸、微观形貌及催化性能的变化情况表明,在CO2加氢过程中Cu纳米线表面的Cu原子会发生迁移。Cu原子不断的迁移和Cu晶粒不断的烧结可能导致气体通道堵塞。气体通道堵塞或者Cu晶粒烧结可能导致催化剂失活。催化剂性能曲线的形状表明,Cu纳米线催化剂失活的主要原因是气体通道堵塞。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 胥蕊娜;陈文颖;吴宗鑫;;电厂中CO_2捕集技术的成本及效率[J];清华大学学报(自然科学版)网络.预览;2009年09期
2 王刘东;王培峰;胡有持;阙明耀;丁超;杨春强;刘珊;;CO_2膨胀工艺对烟草梗丝品质的影响[J];农产品加工;2016年22期
3 李延兵;赵瑞;陈寅彪;黄卫军;;富氧燃烧CO_2压缩纯化试验研究[J];动力工程学报;2016年12期
4 曹恭祥;郭中;季蒙;王云霓;任建民;李银祥;王志波;杨跃文;;玫瑰叶片光合参数的光响应和CO_2响应研究[J];内蒙古林业科技;2016年04期
5 王阳;王朝元;李保明;;蛋鸡舍冬季CO_2浓度控制标准与最小通风量确定[J];农业工程学报;2017年02期
6 吴世安;彭锋;陈振清;吴美玲;;CO_2激光治疗早期声门型喉癌的效果观察[J];中国当代医药;2016年36期
7 赵斐斐;赵琳;崔晓波;徐明义;牛银花;;低温等离子与CO_2激光微创治疗早期声门型喉癌疗效及安全性比较[J];现代生物医学进展;2016年36期
8 李润红;刘长仲;;高CO_2浓度对两种色型豌豆蚜体内营养物质含量及消化酶活性的影响[J];昆虫学报;2016年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 魏德强;江康锋;黄贤春;王铁龙;林少雄;;CO_2载冷剂模块机组的开发研究[A];第九届全国食品冷藏链大会暨第六届全国冷冻冷藏产业创新发展年会论文集[C];2014年
2 黄金营;吴伟平;张雷;路民旭;;CO_2湿气环境中吗啉类气相缓蚀剂对顶部腐蚀的抑制作用[A];第十七届全国缓蚀剂学术讨论会论文集[C];2012年
3 王卫明;王世杰;刘建新;杨洁;魏伟;张瑞霞;韩博;;CO_2缓蚀剂吸附膜有效期影响因素研究[A];第十八届全国缓蚀剂学术讨论会论文集[C];2014年
4 李国敏;刘小武;彭芳明;郑家燊;;防止CO_2腐蚀的固体缓蚀剂的室内研究[A];第十届全国缓蚀剂学术讨论会论文集[C];1997年
5 孙宜楠;;电力消费、电力消费结构、经济增长以及CO_2排放关系[A];“决策论坛——企业行政管理与创新学术研讨会”论文集(下)[C];2016年
6 杨江;高里阳;刘璇;王镜波;;抗CO_2高流速冲蚀缓蚀剂[A];第十九届全国缓蚀剂学术讨论会论文集[C];2016年
7 崔丽香;何文辉;蔡清洁;李鲜鲜;;CO_2和硝氮加富对鹿角菜(Pelvetia siliquosa)生长、生化组成和营养盐吸收的影响[A];2014中国环境科学学会学术年会论文集(第五章)[C];2014年
8 矫立涛;张明杰;付裕;;CO_2在小型热泵热水器中的应用实验[A];2013年中国家用电器技术大会论文集[C];2013年
9 李涛;李芹;王树明;李春;赵东兴;张勇;高梅;;云南河口天然橡胶林土壤CO_2浓度的季节变化规律[A];云南省热带作物学会第八次会员代表大会暨2014年学术年会论文集[C];2014年
10 梁新腾;曾建华;孙彦辉;陈均;陈路;;攀钢低CO_2排放的转炉炼钢工艺技术开发及应用[A];第七届四川省博士专家论坛论文集[C];2014年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张晓艳;CO_2加氢Cu基催化剂的制备及性能研究[D];东北大学;2017年
2 李艳南;固液两相胺基吸收剂及多孔材料负载离子液体脱除生物氢烷气中CO_2的研究[D];浙江大学;2018年
3 许飞;4种针叶树种树干CO_2释放通量的时间动态及估算[D];东北林业大学;2017年
4 胡迎超;高温固体吸附剂循环捕集CO_2性能及成型改性机制的研究[D];华中科技大学;2018年
5 陈潇湘;掺杂型硅酸锂吸附剂高温CO_2吸附特性与反应动力学研究[D];华中科技大学;2018年
6 代增进;Ru(Ⅱ)/Ni(Ⅱ)-NNN钳形配合物用于催化醇脱氢和CO_2氢化还原反应研究[D];武汉大学;2017年
7 宋夫交;功能化多孔材料的制备及其CO_2吸附/催化加氢性能研究[D];南京理工大学;2017年
8 张逸;新型功能化离子液体的制备与在CO_2吸收及稀土金属萃取方面的应用[D];武汉大学;2015年
9 章高伟;冷却条件下超临界CO_2水平管内换热特性研究及循环性能分析[D];中国科学技术大学;2018年
10 郑文涛;质子型离子液体捕集H_2S和CO_2气体的性能研究[D];南京大学;2018年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘佳林;CO_2吸附强化焦油催化重整的实验研究[D];东北大学;2017年
2 刘子林;渤海湾盆地(海域)断裂系统及其与CO_2气(藏)的关系[D];吉林大学;2018年
3 曾泽;雪玉洞上覆土壤CO_2变化及其对滴水水化学特征的影响[D];西南大学;2018年
4 吴飞红;典型岩溶溪流水—气界面CO_2交换系数(k)及其影响因素研究[D];西南大学;2018年
5 朱泽文;单体序列分布对定义明确的三元共聚物:Poly(vinyl acetate-co-vinyl butyrate-co-vinyl butyl ether)亲CO_2性质的影响[D];吉林大学;2018年
6 曹芸;碳掺杂六方氮化硼纳米片的合成及其在CO_2电还原反应中的应用[D];中国科学技术大学;2018年
7 杨琦;CO_2响应性香豆素端基型星形双亲聚合物研究[D];陕西师范大学;2018年
8 丁艺;煤分子吸附CH_4、CO_2、H_2O和O_2的机理研究[D];华北电力大学;2018年
9 秦森;碳纳米管的N-功能化及其在电催化还原CO_2中的应用[D];华东师范大学;2018年
10 赵月;赖氨酸钾水溶液捕集电厂烟气中CO_2的应用基础研究[D];河北科技大学;2018年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978