CO2加氢制芳烃铁基双功能催化剂设计及反应机制研究
芳烃是当今世界生产大宗石化产品的基础有机化工原料，广泛应用于有机工业生产合成中，包含染料、塑料、合成树脂、农药、医药加工等领域，其产量与消耗量体现了国家经济发展水平和化学工业水平。以二氧化碳(CO2)作为碳源、绿氢作为氢源，通过催化工艺采用一步法实现制备高附加值芳烃平台化合物，不仅能够减轻芳烃生产对石油资源的过度依赖，同时有助于“碳中和”和“碳达峰”的国家战略目标的实现。因此，本课题通过制备Cu改性Fe3O4催化剂耦合链状ZSM-5分子筛，实现了CO2加氢一步制备高附加值芳烃化合物。主要工作和结果结论如下： 1．采用溶剂热法制备了Cu掺杂的Fe3O4催化剂，研究了不同Cu掺杂比例对CO2加氢性能的影响。结果表明Cu助剂能提高Fe基催化剂对CO2的吸附能力，从而提高铁基催化剂表面的C/H比，促进碳碳偶联，使烯烃产物向富高碳数烯烃偏移。同时Cu助剂还能促进H2的活化和解离，提高了CO2的转化率。进一步优化反应条件，当Cu/Fe为2.76％、反应温度为340℃、反应空速2000ml/(h·g)时，C5+=选择性达到最大值为45.2%。进一步耦合分子筛形成双功能催化剂，在CO2加氢制备芳烃的反应结果显示，随着高碳数烯烃的提高，芳烃选择性呈上升趋势。当引入Cu后，相较未掺杂时芳烃选择性提升了11%达到30.3%。这暗示高碳数烯烃中间体更有利于在分子筛发生芳构化获得芳烃。但烯烃中间体的调变对芳烃产物分布的调控并不明显。 2．通过水热法制备了一系列不同总酸密度与不同长径比的链状ZSM-5分子筛与3Cu-Fe3O4催化剂耦合形成双功能催化剂，研究了链状ZSM-5分子筛的不同总酸密度、长径比对CO2加氢制芳烃性能的影响。研究表明，高酸密度的分子筛组分能促进产物的C-C偶联、抑制CH4的生成，同时能有效提高芳烃的选择性及轻质芳烃（苯、甲苯以及二甲苯，BTX）的时空收率。调控分子筛组分的长径比则能改善甲苯在BTX中的相对占比，进而提高甲苯的时空收率，最高可达3.2mmol/(gFe·h)。证明了通过调控烯烃中间体在分子筛的传质过程能有效调变芳烃的选择性及分布。此外，双功能催化剂两组分邻近距离越近，越不利于芳烃的生成。
铁基催化剂;芳烃化合物;二氧化碳加氢;分子筛;四氧化三铁
东南大学
硕士
热能工程
马隆龙;王圣
2022
中文
O643.36
2023-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）