碳鈦復(fù)合材料負載鈷催化劑的費—托合成催化性能的研究.pdf

1、費-托合成是將煤、天然氣或生物質(zhì)等間接轉(zhuǎn)化為清潔液體燃料和化學(xué)品的重要工藝過程。載體的選擇是催化劑研究的一個重要方向,載體的種類和結(jié)構(gòu)顯著影響催化劑的費-托合成反應(yīng)性能。工業(yè)常用的費-托合成催化劑載體有三氧化二鋁、二氧化硅、二氧化鈦和活性碳等。在自然界中,二氧化鈦存在三種不同的晶體結(jié)構(gòu):銳鈦礦型、板鈦礦型和金紅石型,晶相組成的不同影響載體表面性能進而影響催化劑的費-托合成催化性能。二氧化鈦與金屬之間具有強的相互作用力,可以有效地提高金屬

2、的分散度,但同時也降低了其還原度,并且在催化劑還原過程中二氧化鈦部分被還原成TiOx,TiOx遷移至鈷的表面可導(dǎo)致鈷活性位的數(shù)目減少,催化劑費-托合成反應(yīng)性能下降。與二氧化鈦等無機材料相比,碳是一種惰性材料,與金屬之間的相互作用力比較弱,并且在其表面易于引入一些官能團,這些官能團的存在有利于金屬的分散。因此,碳鈦復(fù)合材料負載鈷和有序介孔碳材料負載鈷催化劑有望在費-托合成中表現(xiàn)出更優(yōu)異的催化性能。
　　本論文選用葡萄糖為原料,采用水

3、熱合成法制備碳鈦復(fù)合材料,以SBA-16為模板合成有序介孔碳材料。以碳鈦復(fù)合材料,有序介孔碳為載體采用滿孔浸漬法制備了鈷基催化劑。在固定床反應(yīng)器中對上述催化劑進行了費-托合成活性測試。系統(tǒng)地考察了不同載體對催化劑結(jié)構(gòu)和費-托合成催化性能的影響,其結(jié)論如下:
　　1.與二氧化鈦負載鈷催化劑相比,碳鈦復(fù)合材料負載鈷催化劑有更好的費-托合成活性和C5+產(chǎn)物選擇性。主要由于碳鈦復(fù)合材料與鈷之間的作用力較弱,有利于鈷物種的還原,同時碳鈦復(fù)合

4、材料表面存在許多親水性的官能團,有助于鈷在載體表面的分散。
　　2.在不同溫度焙燒二氧化鈦得到了不同銳鈦礦和金紅石比的二氧化鈦,研究表明,450℃焙燒的催化劑具有最高的費-托合成催化性能,隨著二氧化鈦焙燒溫度的升高,催化劑的費-托合成活性逐漸降低。這是由于焙燒溫度越高,二氧化鈦中金紅石相的含量更多,結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,因此載體-金屬之間的相互作用減弱,鈷的顆粒變大,活性位的數(shù)目減少,費-托合成活性降低。
　　3.有序介孔碳負載的鈷催