海綿鎳基結(jié)構(gòu)化催化劑對CO2加氫催化性能的研究.pdf

1、CO2作為最重要和含量最大的溫室氣體，主要由礦物燃料燃燒所產(chǎn)生。CO2等溫室氣體所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)已經(jīng)對人類的生存環(huán)境構(gòu)成了威脅。為了避免溫室效應(yīng)給環(huán)境所帶來的不可逆的損害，全球范圍內(nèi)許多科學(xué)家正努力研究能夠進(jìn)行“CO2循環(huán)”的方法。在這些通過“CO2循環(huán)”來減少碳排放量的方法當(dāng)中，把CO2作為反應(yīng)物通過加氫反應(yīng)合成有用化合物質(zhì)具有非常誘人的前景。
　　 要實(shí)現(xiàn)CO2的循環(huán)利用，催化劑的研發(fā)是一個(gè)關(guān)鍵步驟。CO2加氫合成甲醇作為當(dāng)

2、前CO2化學(xué)的研究熱點(diǎn)，一直受到各國科研人員的關(guān)注。目前報(bào)道較多的CO2加氫合成甲醇催化劑是Cu基（尤其是Cu-ZnO-基和Cu-ZnO-ZrO2-基）催化劑;貴金屬基催化劑，如Pd基催化劑對CO2加氫合成甲醇也具有較高的催化活性和選擇性。工業(yè)上除了考慮催化劑的活性以及選擇性之外，還得考慮反應(yīng)過程中的能耗問題。因此，如何獲得既具有較高活性，又能降低能耗的CO2加氫合成甲醇催化劑是這一領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。
　　 另外，碳納米纖維(CN

3、Fs)作為一種新型的納米材料，近年來正日益引起科學(xué)界的關(guān)注。CNFs是一種具有納米尺寸的碳纖維，在結(jié)構(gòu)上與中空的石墨纖維相類似。CNFs具有優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，如相當(dāng)大的長徑比，高比表面積，高機(jī)械強(qiáng)度和高電導(dǎo)率等，被認(rèn)為是在科技領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景的一種新型材料。目前報(bào)道的制備CNFs的方法主要是以碳?xì)浠衔锘駽O為碳源，以Ni，Co，F(xiàn)e，Cu等過渡金屬和它們的合金作為催化劑。這些金屬催化劑一般為納米尺寸的粉末顆粒。以CO2這種廉價(jià)的

4、氣體為碳源通過加氫合成CNFs在文獻(xiàn)上還鮮有報(bào)道，因此探討從CO2出發(fā)制備CNFs具有一定的理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。
　　 結(jié)構(gòu)化催化劑是一種具有廣泛應(yīng)用的催化劑，它具有幾何比表面積大、熱傳遞性能好、機(jī)械性能好、壓降低等優(yōu)點(diǎn)，用于化工領(lǐng)域中的傳質(zhì)和傳熱過程，可以大大提高熱效率，減少能量損失，減小反應(yīng)器尺寸，對于節(jié)能減排具有重要意義。本文以海綿鎳(SN)為基礎(chǔ)制備了兩種CO2加氫結(jié)構(gòu)化催化劑，分別進(jìn)行了CO2加氫合成甲醇和CO2加氫合

5、成CNFs的研究，取得了以下成果:
　　 1.CO2加氫合成甲醇的研究
　　 以海綿鎳為結(jié)構(gòu)化載體，通過涂層和濕法浸漬制備了CO2加氫合成甲醇的催化劑Cu-ZnO/ZrO2/Al2O3/SN。實(shí)驗(yàn)表明，在制備催化的過程中加入的聚乙烯醇(PVA)的含量為4wt％時(shí)，包裹在海綿鎳骨架的Al2O3層的粘附性能最佳，采用該工藝條件制備的結(jié)構(gòu)化催化劑能很好地保持海綿鎳的骨架結(jié)構(gòu)。催化劑的煅燒溫度和金屬原子比對催化劑的性能具有一定的

6、影響，當(dāng)催化劑的煅燒溫度為623K，金屬原子比Cu/Zn/Zr=3∶2∶1時(shí)，催化劑具有較高活性。在反應(yīng)溫度為513K、反應(yīng)壓力為3.0MPa、空速為5600mL·h-1·g-1cat的優(yōu)化工藝條件下，甲醇的時(shí)空收率(STY)值為0.071gCH3OH·g-1cat·h-1，甲醇的選擇性SCH3OH為28％。
　　 2.CO2加氫合成CNFs的研究
　　 以海綿鎳為催化劑，通過CO2加氫在常壓下制備CNFs。反應(yīng)開始前催