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一氧化碳水合制低碳醇反应研究

季德春  
【摘要】: 一氧化碳水合制低碳醇过程为工业CO的利用提供了新途径。该方法不仅节省了氢源,而且用普通的过渡元素和主族元素催化剂,避免了对贵金属的依赖。 本文首先通过对溶剂及活性组份的筛选,发现PbTiO_3催化剂具有较佳的催化反应性。考察了碱金属碳酸盐类助剂和溶剂对反应活性的影响。结果表明,碱金属碳酸盐类助剂作用随溶解度的增加而明显增强,总的甲醇和乙醇的收率顺序为K_2CO_3>Na_2CO_3>Li_2CO_3。溶剂的作用与其碱性有密切关系,强碱性的有机多胺能够有效促进该反应,相对于非极性溶剂的2.0mg.g~(-1).h~(-1),在碱性溶剂中相同催化剂活性最高可达到23.1mg.g~(-1).h~(-1)。提出在碱金属碳酸盐K_2CO_3的作用下可能遵循两步循环反应的反应机理。 超细催化剂的特殊表面结构和性质也为CO水合制低碳醇反应活性的提高提供了可能。本文首次发现溶胶-凝胶法制备的超细TiO_2催化剂表现出较好的活性。分别用三种不同方法制备了超细TiO_2催化剂,结合TG-DTA、IR、XRD、TEM、XPS等表征技术,对不同方法制备的超细TiO_2催化剂进行了比较。另外还发现TiO_2催化剂的热处理温度对反应的CO转化率影响不明显,但是甲、乙醇的收率却随热处理温度的上升而增加明显,1023K金红石与锐钛矿质量比为9:2的混晶条件下,醇产物达到最高。 在此基础上首次用溶胶—凝胶法合成组分单一的PbTiO_3超细粒子。催化剂粒子分散性良好,颗粒分布均匀,经统计平均计算的1:1催化剂的样品平均粒径为31.2nm。实验结果表明利用TiO_2调变PbO催化剂,能够使醇产物中乙醇比例上升,副产物CO_2选择性下降。 对于PbTiO_3催化剂,在反应的还原性气氛中,仍存在催化剂的部分还原,另外还存在K_2CO_3在催化剂表面的聚集,因此必须经过空气焙烧和水洗两步处 一氧化碳水合制低碳醉过程研究 理才能使Pb五03催化剂的反应性能得到较好恢复。实验数据还表明,这两种处 理方式次序对催化剂最终性能没有明显影响。同样对于五伍催化剂,经过水洗 处理,催化剂的反应活性就可以得到较好恢复。


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