铁基催化剂一氧化碳加氢制备低碳烯烃的研究
随着全球石油储量的日益减少和能源市场的烯烃短缺问题,将一氧化碳转化为碳氢化合物，特别是低碳烯烃，始终是各界的关注热点。我国作为贫油国家，利用费托合成(FTS)反应将煤炭生物质等资源转化为低碳烯烃，可以减少对石油进口的依赖和调整我国能源结构。铁基催化剂被认为最适合在费托合成反应中合成低碳烯烃(C2=-C4=)。本文研究了泡沫铁催化剂(FeFoam)的特殊结构和负载在惰性载体上的助剂对费托活性相的影响，为实现费托合成反应高效合成低碳烯烃催化剂的开发提供理论依据。 采用浸渍法制备了具有高烯烃选择性、稳定性和导热性的FeFoam催化剂。由于泡沫铁具有远大于传统铁基催化剂的更大孔径(392nm),有利于产物扩散，防止二次加氢反应。在接近工业反应条件(350℃，1MPa)下，可以发现添加碱金属助剂的FeFoam的烯烃选择性是无助剂样品的1.9倍，O/P比值更是原来的7倍。此外，KMn/FeFoam催化剂的烯烃选择性高达76.1％。另外，采用了压汞法、XRD、XPS、TEM和SEM等表征手段深入研究了泡沫铁催化剂的大孔结构和助剂对FT活性和产物调控的影响。 通过将助剂负载在惰性载体上并与三氧化二铁粉末物理混合,研究其对费托合成铁基催化剂活性相和调控费托产物分布的作用。在相同的还原及反应条件下，添加助剂的催化剂的烯烃选择性提高了20％,其中10Mn/Al2O3+Fe2O3样品的轻烯烃选择性高达51.3％。XPS和XRD表征结果表明添加助剂的样品表面上Fe原子电子状态发生改变，并且形成更多的贫碳型θ-Fe3C物种。此外，通过TPR和TPD等表征研究了催化剂的还原和碳化过程。结合实验数据，证实了载体和助剂的协同效应显著促进了有利于轻烯烃的活性相Fe3C物种的形成。
低碳烯烃;费托合成反应;泡沫铁;催化剂;惰性载体
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
张燚
2023
中文
TQ221.2
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）