热还原制备碳化铁用于费托合成的探究
费托合成（FTS）是将合成气转化为液体燃料及有机化学品的一个重要化工过程。Fe基催化剂广泛用于工业费托合成过程中，探索有效的方法控制负载金属颗粒的成核、生长及活性相的演变，并最终设计合成尺寸可控、相态稳定铁碳化合物催化剂，这对高性能FTS催化剂的发展至关重要。本论文中利用配位辅助自组装方法，结合碳热还原方法构建了介孔碳负载纳米Fe催化剂。活性金属Fe的相态可调、粒径可控，并应用于费托合成反应，来考察催化剂的催化性能。 在第一部分中，介绍了利用配位辅助表面活性剂自组装技术，结合碳热还原方法构建了介孔碳分散的Fe纳米颗粒催化剂。催化剂具有二维六方结构孔道，均匀的孔径分布（5.6nm），高的表面积（317m2/g），中等孔体积（0.33cm3/g），高度分散的ε-Fe2C、χ-Fe5C2、θ-Fe3C纳米颗粒可以通过控制活化气氛及温度来获得，其负载量可以达20wt%Fe。在300℃，10bar，H2/CO=1，空速GSHV=15000ml h-1gcat-1反应条件下，在没有助剂的情况下，Fe-C-400催化剂获得了72.71%的CO转化率，45.83%的低碳烯烃（C2-C4=）选择性，及较高的质量比活性158.29μmolCO gFe-1s-1。其产物分布可以通过Na助剂进行调节，Na可以促进碳链生长，提高O/P（烯烃/烷烃）至9.62，获得83.91%的C5+选择性。同时，研究表明ε-Fe2C为低温费托合成活性相，χ-Fe5C2为高温费托合成活性相，而θ-Fe3C为费托合成失活相。 在第二部分中，介绍了利用一种简便的螯合辅助多组分共组装法，成功合成有序介孔碳分散的FeOx纳米颗粒复合体。其中，碳载FeOx材料具有相似的载体结构及金属负载量。研究发现螯合剂柠檬酸可以抑制Fe纳米颗粒在碳基体中的快速生长，形成部分暴露在孔隙通道中不同粒径的金属氧化物纳米颗粒。碳骨架与金属Fe物种之间紧密而非强相互作用，更有利于Fe物种的还原、碳化，从而形成稳定的单一相态碳化铁。以九水·硝酸铁为金属源，调节柠檬酸的用量及活化条件，制备了一系列有序介孔碳固载χ-Fe5C2纳米粒子（3.5-60nm）。其中，Fe的初始相态对χ-Fe5C2相的形成没有产生影响，小粒径的Fe纳米粒子更容易进行快速碳化。
介孔碳负载纳米铁催化剂;制备工艺;费托合成反应;催化性能
上海师范大学
硕士
物理化学
万颖
2020
中文
TQ426.8
2020-10-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）