Cu-Fe-HZSm-5催化劑的改性及其協(xié)同等離子體活化CO2加氫合成二甲醚的研究.pdf

1、二甲醚(DME)是一種清潔燃料，可以用作民用燃料和動力燃料替代液化氣和柴油，同時二甲醚也是一種重要的化學中間體，具有廣泛的應用前景。CO2是主要的溫室氣體，利用CO2加氫合成二甲醚是轉(zhuǎn)化CO2的重要途徑，能夠減少CO2的環(huán)境污染，緩解能源短缺。但是，CO2分子非常穩(wěn)定，極難轉(zhuǎn)化，研究高效的催化劑和對CO2活化后再進行反應成為CO2轉(zhuǎn)化為高附加值化學品的新方法。
　　本文研究了CO2加氫轉(zhuǎn)化為二甲醚的Cu-基催化劑的改性，并引入等離

2、子體對反應物進行活化，研究了以下三方面內(nèi)容:
　　首先，制備了La、Ce改性的Cu-Fe/HZSM-5復合催化劑，并將其用于CO2加氫合成二甲醚。采用X射線衍射(XRD)、N2吸附脫附、H2程序升溫還原(H2-TPR)、X射線光電子能譜(XPS)等表征方法進行分析。結(jié)果表明，與Cu-Fe-Zr催化劑相比，La、Ce能夠顯著減小Cu外層電子密度，提高Cu-Fe催化劑的還原能力，從而提高二甲醚的選擇性。Cu-Fe-Ce催化劑比Cu-F

3、e-La催化劑具有更大的比表面積。La、Ce促進了CuO的分散，減小了CuO的晶粒尺寸，導致CO2轉(zhuǎn)化率和二甲醚選擇性的提高。La、Ce改性的Cu-Fe/HZSM-5催化劑在15h內(nèi)保持穩(wěn)定。
　　其次，采用均勻沉淀法制備了一系列不同CeO2含量的Cu-Fe-Ce催化劑，將其與HZSM-5催化劑機械混合后以CO2加氫合成二甲醚為探針反應考察催化劑的活性和穩(wěn)定性。CeO2改性Cu-Fe催化劑形成了穩(wěn)定的固溶體，促進了CuO的分散，減

4、小了CuO的晶粒尺寸，降低了高分散CuO的還原溫度，改變了Cu-Fe-Ce催化劑的比表面積。同時，CeO2加入Cu-Fe催化劑能夠改變酸量和酸類型，促使CO2加氫合成二甲醚的催化性能提高。在V(H2)/V(CO2)為4，260℃、3.0MPa、1500mL·gcat-1·h-1的條件下，將CeO2含量為3wt％的Cu-Fe-Ce/HZSM-5催化劑用于CO2加氫合成二甲醚反應，CO2轉(zhuǎn)化率、二甲醚選擇性分別達到20.9％、63.1％。<

5、br>　　再次，在CO2進入固定床反應器前，通過高壓放電等離子體使CO2活化后再在CeO2含量為3.0wt％的Cu-Fe-Ce/HZSM-5上進行CO2加氫合成二甲醚反應，并研究了該過程的本征動力學。與單獨使用Cu-Fe-Ce/HZSM-5催化劑相比，等離子體活化結(jié)合加氫過程時，CO2轉(zhuǎn)化率、二甲醚選擇性分別提高了16.3％、10.1％，說明等離子體活化作用提高了CO2的反應性能。本征動力學研究發(fā)現(xiàn)，甲醇合成反應、逆水煤氣反應、甲醇脫水