石墨烯復(fù)合銅基催化劑的設(shè)計(jì)、制備及在CO2加氫合成甲醇中的應(yīng)用.pdf

1、溫室氣體CO2減排是國(guó)際社會(huì)關(guān)注的問(wèn)題。CO2加氫制甲醇持續(xù)吸引了學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的興趣。圍繞提高CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性，發(fā)展高效催化劑并揭示其反應(yīng)機(jī)理是研究的重要方面。基于高的表面積、優(yōu)良的導(dǎo)電性能，本文對(duì)石墨烯復(fù)合銅基催化劑的制備及其CO2加氫制甲醇活性進(jìn)行了研究。
　　首先研究了復(fù)合方法對(duì)復(fù)合催化劑性能的影響。分別使用共沉淀法、浸漬法和溶劑熱法復(fù)合了石墨烯與傳統(tǒng)Cu-ZnO/Al2O3(CZA)催化劑。三種方法獲得的復(fù)合催化

2、劑，H2-TPR還原峰溫發(fā)生了左移，還原溫度降低;CO2-TPD脫附峰面積增加，對(duì)CO2的吸附增強(qiáng)。共沉淀法獲得的復(fù)合催化劑的CO2加氫活性改善效果最為顯著，典型活性評(píng)價(jià)條件下(H2/CO2=3，W/F=10 g·h·mol-1、250℃、3MPa)，甲醇選擇性、產(chǎn)率分別提高6.10％、0.77％。
　　采用共沉淀法制備石墨烯(G)復(fù)合CZA催化劑(G/CZA)，適量石墨烯復(fù)合可提高CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性。原因歸屬為石墨烯復(fù)合促

3、進(jìn)了Cu與ZnO、Al2O3的相互作用，改善了還原性能，催化劑的比表面積和Cu分散度和增加，同時(shí)熱穩(wěn)定性好。當(dāng)催化劑中石墨烯含量為13％時(shí)，典型反應(yīng)條件下用于CO2加氫反應(yīng)，CO2轉(zhuǎn)化率為17.1％，甲醇選擇性、產(chǎn)率分別為43.9％、7.51％。
　　適量的氧化石墨烯(GO)助劑復(fù)合CZA催化劑，更明顯的改善了CO2加氫制甲醇反應(yīng)的催化活性。當(dāng)氧化石墨烯含量為4％時(shí)，Cu比表面積、分散度分別為20.7 m2·g-1、3.05％，與

4、CZA相比分別提高7.30 m2·g-1和1.07％。用于反應(yīng)，CO2轉(zhuǎn)化率為19.4％，甲醇產(chǎn)率為7.64％。
　　以ZrO2代替Al2O3制備的Cu-ZnO/ZrO2(CZZ)催化劑，其Cu分散度提高2.12％，CO2轉(zhuǎn)化率提高4.10％，甲醇選擇性、產(chǎn)率分別提高11.7％、3.61％。復(fù)合氧化石墨烯獲得的GO/CZZ降低了催化劑的還原溫度，增加了Cu分散度，提高了催化活性。當(dāng)GO含量為10％時(shí)Cu分散度最大，為4.99％;用