乙酸甲酯加氫Cu-ZnO-SBA-15催化劑的制備及ZnO作用機制研究.pdf

1、隨著石油資源日益枯竭，乙醇作為一種新型可替代能源有望顯著緩解對石油資源依賴度日益加深的現(xiàn)狀，因而正在受到廣泛的關(guān)注?；谖覈氂透幻旱哪茉唇Y(jié)構(gòu)，大力開發(fā)合成氣制乙醇工業(yè)對提高我國能源安全、實現(xiàn)能源多元化目標(biāo)具有重大戰(zhàn)略意義。其中，由合成氣經(jīng)二甲醚（DME）羰基化制乙酸甲酯（MA），再加氫制備乙醇的工藝路線，具有反應(yīng)條件溫和、原子利用率高和環(huán)境友好等優(yōu)點，表現(xiàn)出良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。
　　MA加氫反應(yīng)主要采用Cu-Zn體系催化劑，目

2、前文獻報道的Cu-Zn體系催化劑雖然表現(xiàn)出良好的催化活性，但如何進一步提高催化性能依舊充滿挑戰(zhàn)。此外， ZnO助劑在該催化體系中的作用機理也尚不明確。針對以上問題，本文開發(fā)了高性能Cu-ZnO/SBA-15催化劑的合成工藝，明確了ZnO助劑的作用原理并研究了不同ZnO晶面結(jié)構(gòu)與催化活性之間的構(gòu)效關(guān)系。
　　采用固體球磨法制備 Cu-ZnO/SBA-15催化劑，發(fā)現(xiàn)在金屬氧化物總負載量為30 wt.％、Cu:Zn=9:1時催化活性達

3、到最佳，在220℃、2.0 MPa、氫酯比為20的反應(yīng)條件下，轉(zhuǎn)化率和選擇性分別達到85%和82%，相比于目前文獻報道的Cu-Zn體系催化劑，表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。并且研究發(fā)現(xiàn)，有機模板劑可以與SBA-15的硅壁形成獨特的微觀化學(xué)環(huán)境，在球磨的過程中促使活性物種進入孔道，實現(xiàn)活性組分高度分散并顯著強化Cu-ZnO相互作用，為今后Cu-Zn體系催化劑的理性設(shè)計提供新的研究思路。
　　通過制備不同ZnO含量的Cu-ZnO/SBA-15催化

4、劑，發(fā)現(xiàn)ZnO的加入可以促進Cu-ZnOx的形成，改變催化劑表面銅物種的價態(tài)分布，將TOFCu(0)與Cu+/Cu0比例相關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)二者線性相關(guān)，進一步證明了MA加氫Cu+和Cu0雙活性位催化機理。此外，由于Cu-ZnO強相互作用，導(dǎo)致Cu-ZnOx中的銅比Cu-O-Si中的銅帶有更多的正電荷，具有更強的Lewis酸性，從而表現(xiàn)出更優(yōu)異的羰基活化性能。
　　采用不同極化率的ZnO載體制備Cu/ZnO催化劑，研究發(fā)現(xiàn)極化率顯著影響催