纳米Au催化CO2加氢还原制CO反应研究
大气环境中二氧化碳(CO2)等温室气体浓度的升高导致全球气候变暖的“温室效应”，相关环境问题日趋严峻。关于CO2的利用研究是全球性的热点研究课题，涉及国际上的“碳配额”及“清洁能源”重大热点、焦点问题，其将直接关系到国家的能源安全以及经济发展的命脉。可再生能源是碳中性的能源，可逐步替代化石能源以实现CO2减排，但其仍面临着能源储存问题。CO2加氢还原合成燃料是有效解决储能问题的方案之一。CO2加氢还原制一氧化碳(CO)反应可实现CO2的有效转化和利用。CO可作为中间物通过费托合成、甲醇合成反应进一步合成甲醇、烃类等附加值高的燃料和化学品。 纳米金催化剂对水汽变换反应具有良好的催化作用。可推测，纳米金催化剂对CO2加氢还原制CO反应（前者的逆反应，即逆水汽变换反应）也具有一定的催化活性，但鲜有研究报道。本论文针对纳米金催化CO2加氢还原制CO反应进行研究，提出和确定了反应中的甲酸盐反应中间物种的存在性及其等离子体增强效应。具体包括催化活性、反应机理及等离子体增强效应的初步探索这三方面研究。(1)考察催化剂预处理、反应条件和载体对催化剂活性的影响以及催化剂稳定性，通过对催化剂的结构和物理化学性质进行表征，并与反应活性关联;(2)进行反应机理初步研究，确定甲酸盐反应中间物种;(3)初步探索该反应中等离子体增强效应。上述重要表征手段有H2程序升温还原、CO2吸附/脱附、程序升温脱附、原位漫反射红外光谱、质谱等。与其他催化剂（如Pd-In双金属）相比，纳米金催化剂解决了反应物转化率低的问题，且在400或450℃以上和相应空速条件下，CO2转化率接近热力学平衡值，产物CO选择性近100％。 主要的研究结果如下:采用改性浸渍法制备具有高活性、高选择性的Au/CeO2和Au/TiO2两种纳米金催化剂。经过N2预处理过程的Au/CeO2活性最佳。随着反应温度提高、H2/CO2摩尔比增加、空速降低均使CO2转化率增加。在反应温度为400℃、H2/CO2摩尔比为1、空速为6000 mL/(h·gcat)条件下，CO2转化率为20.7％，接近热力学平衡值22.4％，且CO选择性为近100％。通过原位漫反射红外光谱与质谱结合的手段，确定了Au/CeO2催化剂上的表面物种甲酸盐是催化CO2加氢还原制CO的反应中间物种。 通过介质阻挡放电的方式，将等离子体与纳米Au催化结合，为CO2加氢还原制CO提供了一种新的反应途径。该途径有效提高了反应的CO2转化率。在反应器温度为400℃、频率为5kHz、输入功率为15W的条件下，等离子体催化反应的CO2转化率为25.5％，远高于Au/CeO2催化反应（不含等离子体）的15.4％。放电产生的活性物种在反应中参与方式很可能是等离子体增强效应的重要原因，等离子体增强效应机制有待进一步研究。
纳米金催化剂;改性浸渍法;二氧化碳;加氢还原反应;转化率
大连理工大学
硕士
化学工艺
朱晓兵;朱爱民
2016
中文
TQ426.8
76
2016-11-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）