二氧化碳催化加氫制備乙醇的研究
發(fā)布時間：2021-10-17 04:18
二氧化碳加氫制乙醇反應(yīng),對于提高CO2轉(zhuǎn)化和利用率具有重要的意義,然而該過程受限于催化劑結(jié)構(gòu)和反應(yīng)效率問題,乙醇的選擇性較低。CO2加氫制乙醇需催化劑具備雙活性位點(diǎn)來同時完成CO2、H2分子的活化以及C-C鍵的生成反應(yīng)。本文構(gòu)建了銅與碳化鉬負(fù)載在HZSM-5分子篩的復(fù)合催化劑,并將其應(yīng)用于CO2加氫制備乙醇的催化反應(yīng)中,著重研究了催化劑組成、結(jié)構(gòu)對反應(yīng)活性的影響。具體研究內(nèi)容如下:（1）采用程序升溫碳化法成功制備出高度分散的M-Mo2C/HZSM-5催化劑,詳細(xì)考察了不同金屬種類（M=Cu、Fe、Co、Ni）、含量、載體的硅鋁比以及反應(yīng)條件對Mo2C/HZSM-5催化二氧化碳加氫制備乙醇反應(yīng)活性的影響,并對催化劑進(jìn)行了穩(wěn)定性測試。結(jié)果表明2Cu-10Mo2C/HZSM-5（Si:Al=130）催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能,在反應(yīng)溫度T=210 oC,反應(yīng)壓力P=3.0 MPa,空速為6000h-1的條件下,CO2轉(zhuǎn)化率為25.6%,乙醇選擇性為73.3%。在反應(yīng)90 h后,催化劑的催化性能沒有明顯的變化,說明2Cu-10Mo2C/HZSM-5催化劑在CO2催化加氫制...
【文章來源】：浙江師范大學(xué)浙江省
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
各類溫室氣體排放源詳細(xì)圖（圖源自百度）
第一章緒論2C2+碳?xì)浠衔�，尤其是辛烷值較高的乙醇愈來愈引起大家的研究興趣20,21。如圖1-2所示為碳循環(huán)具體流程。圖1-2碳平衡示意圖11.2CO的活化CO分子是擁有16個電子的直線型對稱分子，其C=O鍵為1.16、O-C-O夾角180o，鍵能約為750kJ/mol，CO2分子中C的兩個sp雜化軌道分別與兩個O原子生成兩個σ鍵，需要酸堿共同活化CO2分子。CO2轉(zhuǎn)化在低溫下受動力學(xué)限制，高溫下受熱力學(xué)限制，需尋求動力學(xué)和熱力學(xué)的平衡溫度點(diǎn)，因此CO2分子的活化和轉(zhuǎn)化難度大，且CO2加氫的熱力學(xué)穩(wěn)定產(chǎn)物是CH4，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性差。從二氧化碳的電子結(jié)構(gòu)和配位化學(xué)兩方面分析。圖1-3CO2電子結(jié)構(gòu)示意圖（圖源自百度）1.2.1CO2電子結(jié)構(gòu)首先從電子結(jié)構(gòu)分析，基態(tài)CO2分子是6個價電子的線性對稱型分子，CO2分子的分子軌道能級描述如圖1-4所示22。電子結(jié)構(gòu)可分為以下三點(diǎn)：
第一章緒論4圖1-5CO2分子與單一金屬配位形式23,24如上所示，CO2具有多個反應(yīng)位點(diǎn)：碳原子是親電的路易斯酸中心，而氧原子則充當(dāng)弱親核的路易斯堿，在基態(tài)下二氧化碳具有兩個等效的C-O鍵，它們均可以與過渡金屬中心配位。（1）M-C鍵的配合物I被稱為金屬羧酸鹽，富電子的金屬中心通過從金屬中心到碳原子的電子轉(zhuǎn)移形成；（2）一個氧原子與金屬中心之間的相互作用較弱，通常II吸附形式不太合理；（3）配合物III通常更加穩(wěn)定，因?yàn)镃O2充當(dāng)帶有兩個氧原子的雙齒配體，電子從氧原子到過渡金屬的轉(zhuǎn)移更傾向于缺電子的金屬中心；（4）兩個氧的電子轉(zhuǎn)移處理的組合提供了三元金屬環(huán)配合物IV；（5）C-O雙鍵與中心金屬的配位，p-配合物V以相似的原子空間排列形成。1.3CO利用途徑和現(xiàn)狀CO2的利用途徑分為物理和化學(xué)應(yīng)用，物理應(yīng)用：CO2滅火器，進(jìn)行人工降雨的干冰及添加劑用于碳酸飲料等。然而該類方法并不能從根本上解決問題。近年來科學(xué)研究者對CO2在化學(xué)方面的應(yīng)用產(chǎn)生了濃厚的興趣，如CO2催化轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品，其中催化轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物主要有CO、CH4、低碳醇和C2+烴類25,26。圖1-6CO2催化轉(zhuǎn)化的主要產(chǎn)物的焓變及吉布斯自由能的變化趨勢（標(biāo)準(zhǔn)狀況，T=298K）
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Co/La-Ga-O復(fù)合氧化物用于催化二氧化碳加氫制乙醇[J]. 鄭晉楠,安康,王嘉明,李晶,劉源. 燃料化學(xué)學(xué)報(bào). 2019(06)
本文編號：3441098
【文章來源】：浙江師范大學(xué)浙江省
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
各類溫室氣體排放源詳細(xì)圖（圖源自百度）
第一章緒論2C2+碳?xì)浠衔�，尤其是辛烷值較高的乙醇愈來愈引起大家的研究興趣20,21。如圖1-2所示為碳循環(huán)具體流程。圖1-2碳平衡示意圖11.2CO的活化CO分子是擁有16個電子的直線型對稱分子，其C=O鍵為1.16、O-C-O夾角180o，鍵能約為750kJ/mol，CO2分子中C的兩個sp雜化軌道分別與兩個O原子生成兩個σ鍵，需要酸堿共同活化CO2分子。CO2轉(zhuǎn)化在低溫下受動力學(xué)限制，高溫下受熱力學(xué)限制，需尋求動力學(xué)和熱力學(xué)的平衡溫度點(diǎn)，因此CO2分子的活化和轉(zhuǎn)化難度大，且CO2加氫的熱力學(xué)穩(wěn)定產(chǎn)物是CH4，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性差。從二氧化碳的電子結(jié)構(gòu)和配位化學(xué)兩方面分析。圖1-3CO2電子結(jié)構(gòu)示意圖（圖源自百度）1.2.1CO2電子結(jié)構(gòu)首先從電子結(jié)構(gòu)分析，基態(tài)CO2分子是6個價電子的線性對稱型分子，CO2分子的分子軌道能級描述如圖1-4所示22。電子結(jié)構(gòu)可分為以下三點(diǎn)：
第一章緒論4圖1-5CO2分子與單一金屬配位形式23,24如上所示，CO2具有多個反應(yīng)位點(diǎn)：碳原子是親電的路易斯酸中心，而氧原子則充當(dāng)弱親核的路易斯堿，在基態(tài)下二氧化碳具有兩個等效的C-O鍵，它們均可以與過渡金屬中心配位。（1）M-C鍵的配合物I被稱為金屬羧酸鹽，富電子的金屬中心通過從金屬中心到碳原子的電子轉(zhuǎn)移形成；（2）一個氧原子與金屬中心之間的相互作用較弱，通常II吸附形式不太合理；（3）配合物III通常更加穩(wěn)定，因?yàn)镃O2充當(dāng)帶有兩個氧原子的雙齒配體，電子從氧原子到過渡金屬的轉(zhuǎn)移更傾向于缺電子的金屬中心；（4）兩個氧的電子轉(zhuǎn)移處理的組合提供了三元金屬環(huán)配合物IV；（5）C-O雙鍵與中心金屬的配位，p-配合物V以相似的原子空間排列形成。1.3CO利用途徑和現(xiàn)狀CO2的利用途徑分為物理和化學(xué)應(yīng)用，物理應(yīng)用：CO2滅火器，進(jìn)行人工降雨的干冰及添加劑用于碳酸飲料等。然而該類方法并不能從根本上解決問題。近年來科學(xué)研究者對CO2在化學(xué)方面的應(yīng)用產(chǎn)生了濃厚的興趣，如CO2催化轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品，其中催化轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物主要有CO、CH4、低碳醇和C2+烴類25,26。圖1-6CO2催化轉(zhuǎn)化的主要產(chǎn)物的焓變及吉布斯自由能的變化趨勢（標(biāo)準(zhǔn)狀況，T=298K）
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Co/La-Ga-O復(fù)合氧化物用于催化二氧化碳加氫制乙醇[J]. 鄭晉楠,安康,王嘉明,李晶,劉源. 燃料化學(xué)學(xué)報(bào). 2019(06)
本文編號：3441098
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