[CuO-ZnO-Al2O3]-[HZSM-5]核殼雙功能催化劑的制備、結(jié)構(gòu)及其CO2加氫直接合成二甲醚反應性能.pdf

1、二甲醚被譽為21世紀的清潔能源。在CO2加氫直接合成二甲醚反應中，傳統(tǒng)的雙功能催化劑由于甲醇合成和甲醇脫水2種活性位是隨機分布在催化劑表面的，這種開放式的反應環(huán)境導致部分中間物甲醇在遷移到脫水位之前便從表面逃逸，從而降低了二甲醚選擇性和收率。針對這一問題，本論文提出構(gòu)造[CuO-ZnO-Al2O3]/[HZSM-5]核殼結(jié)構(gòu)雙功能催化劑的設想。該催化劑內(nèi)核為CuO-ZnO-Al2O3甲醇合成催化劑，通過水熱合成法在其表面包裹一層HZSM

2、-5分子篩膜，形成核殼結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得內(nèi)核表面所有生成的甲醇必須通過外層分子篩膜進行擴散，從而增大了甲醇與分子篩脫水酸性位的碰撞幾率，提高產(chǎn)物二甲醚的選擇性和收率。論文分為三個部分：第一章為背景知識介紹和國內(nèi)外相關工作研究進展；第二章為[CuO-ZnO-Al2O3]/[HZSM-5]核殼結(jié)構(gòu)雙功能催化劑的制備及其結(jié)構(gòu)表征；第三章主要利用自行搭建的固定床催化反應評價裝置對[CuO-ZnO-Al2O3]/[HZSM-5]核殼雙功能催化劑C

3、O2加氫直接合成二甲醚反應性能進行了考察。
　　 第一章為文獻綜述。首先介紹了二甲醚的理化性質(zhì)及其在工業(yè)和生活中的應用：其次介紹了一步法合成二甲醚的原料氣組成及國內(nèi)外二甲醚工藝研究現(xiàn)狀；再次綜述了一步法合成二甲醚雙功能催化劑的組成、制備方法和催化反應機理；最后說明了本論文的選題意義及主要內(nèi)容。
　　 第二章為[CuO-ZnO-Al2O3]/[HZSM-5]核殼雙功能催化劑的制備及結(jié)構(gòu)表征。利用傳統(tǒng)共沉淀法制備了CuO-Z

4、nO-Al2O3核催化劑，系統(tǒng)研究了沉淀劑種類(Na2CO3和H2C2O4)、濃度及Cu/Zn摩爾比對核催化劑結(jié)構(gòu)的影響；然后通過水熱合成法在CuO-ZnO-Al2O3核催化劑表面包裹HZSM-5分子篩膜，形成核殼結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)研究了水熱合成溫度(140℃，160℃，180℃，200℃)、時間(1d,3d,5d，7d)及模板劑含量(TPAOH/Si=0.1，0.2，0.3，0.4)對核殼催化劑結(jié)構(gòu)的影響，并利用XRD，BET和SEM-EDS

5、對催化劑結(jié)構(gòu)進行了表征。結(jié)果顯示：以過量20％的H2C2O4作沉淀劑時，制備的核催化劑的比表面積較大；對于制備具有完整核殼結(jié)構(gòu)的[CuO-ZnO-Al2O3]/[HZSM-5]雙功能催化劑，合適的水熱合成晶化時間為1d～7d，晶化溫度為180℃，配比為TPAOH/Si=0.2～0.3。調(diào)節(jié)水熱合成時間可以控制分子篩的晶粒尺寸大小和膜厚，調(diào)節(jié)晶化溫度和模板劑含量均可以控制分子篩的晶粒尺寸大小。
　　 第三章主要利用自行搭建的固定床

6、催化反應裝置考察了所制備的一系列核殼雙功能催化劑CO2加氫直接合成二甲醚的反應性能，并系統(tǒng)研究了反應溫度和空速對CO2轉(zhuǎn)化率和二甲醚選擇性的影響。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)物理混合法制備的同組成催化劑及部分文獻報道結(jié)果相比，核殼結(jié)構(gòu)催化劑CO2加氫合成二甲醚的選擇性顯著提高。其中，晶化時間為3天，晶化溫度為180℃，模板劑含量TPAOH/Si=0.25時所制備的核殼催化劑二甲醚選擇性和收率最高，分別為77.0%和29.9%。在反應溫度為220～2