论文部分内容阅读
丰富的煤炭资源使得我国可以以合成气为原料通过费托合成制备洁净液体燃料来缓解石油资源匮乏的压力。目前费托合成使用的催化剂主要分两大类：一类是以铁为活性组分的Fe基催化剂；另一类是以钴为活性组分的Co基催化剂。与Fe基催化剂相比，Co基催化剂具有更高的反应活性。传统的Co基催化剂均为负载型催化剂，其活性组分钴分散于载体(SiO2、Al2O3等)表面上，使得活性组分容易因迁移而聚集长大。催化剂因烧结而失活是传统的负载型钴基催化剂的一大难题。本文通过不同制备方法，可控制备出了具有不同形貌结构和化学性质的Co3O4-TTAB纳米颗粒；同时利用模板剂的桥接和结构导向作用，得到了核壳Co3O4/SiO2材料。通过调变模板剂、溶剂(水或乙醇)等因素，得到了镶嵌型Co3O4/SiO2材料；同时进一步通过调配溶剂醇水配比，得到了具有正六棱柱结构的镶嵌型Co3O4/SiO2材料，其粒径尺寸约为2μm，并发现其具有双孔道结构。研究发现，与传统的由浸渍法制备的Co/SiO2催化剂对比，核壳催化剂还原度明显降低，这是由于Si–OH与Co3O4产生了较强的相互作用力。同时发现，与核壳Co3O4/SiO2催化剂对比，正六棱柱结构的镶嵌型Co3O4/SiO2催化剂的还原度明显增加，可能是因为双孔道结构促进了催化剂的还原。由于一次制备得到的核壳Co3O4/SiO2材料的量过小，难以应用于费托合成，而含量扩大后，其重复性很差，所以将核壳Co3O4/SiO2材料应用于费托合成依然需要探究。本论文将镶嵌型Co/SiO2催化剂进行费托合成活性研究，发现相比于传统的Co/SiO2催化剂，镶嵌型催化剂具有更高的费托合成反应活性，CO转化率提高了13%；同时发现该催化剂费托反应低碳数产品选择性明显增加，与传统钴基催化剂以高碳数产品为主的产物分布完全不同。当钴担载量为20wt.%时，传统催化剂的C5-C11和C12+选择性分别为8.6%和84.0%；镶嵌型催化剂的C5-C11和C12+选择性分别为18.1%和72.6%；当钴担载量为50wt.%时，镶嵌型催化剂的C5-C11和C12+选择性分别为40.7%和49.9%，且其甲烷选择性均低于8%。通过表征发现由于Co3O4纳米颗粒为嵌入在SiO2载体中，该结构特性显著限制了高碳数产物的生成，起到了限域作用。