学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

介孔二氧化硅泡沫（MCF）负载的钴费-托合成催化剂的催化性能研究

作　者: 韦良
导　师: 李金林
学　校: 中南民族大学
专　业: 分析化学
关键词: 费-托合成介孔二氧化硅泡沫钴基催化剂苯钴负载量孔径
分类号: TQ426
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 69次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

目前，随着社会经济的发展，化石能源不断的耗竭，自然环境逐渐恶化，特别是全球气候变暖等问题日益严重，全世界都开始关注新能源开发，倡导绿色能源，实现社会经济的可持续发展。费-托合成是将煤、天然气或生物质等间接转化为液体燃料的重要工艺过程，通过费-托合成可以得到清洁的液体燃料。因此，对费-托合成反应的研究目前已引起许多国家和研究者的广泛关注，尤其对费-托合成催化剂的研究和开发比较活跃。开发高效率、选择性可控和长寿命的费-托合成催化剂已经成为目前研究费-托合成技术的重要问题之一。自从三维介孔二氧化硅泡沫材料（MCF, Mesostructured Cellular Silica Foams）在1999年被发现之后，已经成功应用于一些催化反应，如过氧化氢的合成，酶的酯化等，并得到了很好的效果，被认为是较为理想的载体。主要归因于介孔二氧化硅泡沫材料具有特殊的物理化学特性，拥有三维的双孔结构，球形孔孔径较大(10-50nm)，球形孔之间通过较小孔径的窗口孔连接(9-22nm)，比表面积高达1000m2g-1。制备负载型费-托合成催化剂，大的比表面积可以增加催化剂活性组分的分散度，使催化剂具有更多的活性位；孔径大可以增加重质烃的选择性；特别是三维立方互通结构更加有利于物质在孔道中的传输与扩散。因此，介孔二氧化硅泡沫在费-托合成催化领域中具有潜在应用价值。本论文以苯作为微乳剂，P123为模板剂，正硅酸乙酯作硅源，采用溶胶-凝胶水热合成法合成了不同孔径的介孔二氧化硅泡沫材料，并用满孔浸渍法制备了钴基催化剂。采用X-射线粉末衍射（XRD）、氮气物理吸附-脱附、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、氢气程序升温还原（H2-TPR）、氢气程序升温脱附（H2-TPD）与氧滴定等技术对催化剂进行了表征，费-托合成反应活性测试在固定床反应器中进行。论文系统地考察了在合成MCF材料过程中，苯含量对MCF结构的影响；重点考察了载体孔结构、孔径以及钴的负载量对费-托合成催化性能的影响，研究所得的主要结论如下：1.通过改变苯的含量合成出不同孔径大小的介孔二氧化硅泡沫材料MCF。研究发现，随着苯含量的增加，介孔硅材料由SBA-15的二维六方结构向三维立方结构逐渐转变，当苯加到一定量后，得到泡沫状的MCF材料，此时MCF具有一大一小双孔三维互通结构。当苯达到最大量时三维立方泡沫状结构遭到破坏。2. MCF与SBA-15的孔结构不同，因此考察了不同孔结构的载体负载的钴基催化剂的费-托合成催化性能。研究表明，与SBA-15负载的钴基催化剂对比，MCF介孔材料负载的钴基催化剂具有更好的费-托合成反应活性，这主要是由于MCF具有较大的比表面积，较大的孔径和孔容以及特殊的三维孔道结构，活性金属能够更好的被限制在孔道中，从而使活性金属钴能够更好的分散在MCF上，而SBA-15由于孔径较小，孔道为二维结构，更容易造成堵塞，不利于物料传输扩散，反应气不容易到达钴活性位，且反应产物不易脱离孔道。因此，相比之下MCF负载的钴基催化剂活性更高，同时甲烷的选择性更低，重质烃的选择性更高。3.由于MCF具有大的比表面积，大的孔径及互通的孔道结构，因此考察了钴负载量对费-托合成的影响，结果表明，MCF能够一次浸渍高含量（可达30%）的活性金属钴，而常用的介孔材料包括介孔分子筛等浸渍高含量的活性金属钴需要分多次浸渍才能浸渍到载体中，这主要归因于MCF不仅具有较大的比表面积，而且孔径和孔容都较大。活性测试结果表明，随着钴负载量的增加，催化剂的活性先逐渐增加，之后基本保持稳定，这是由于以下两个原因综合影响的结果：a.随着钴含量的增加，活性位增加，造成活性增加；b.当负载量较高时容易形成较大颗粒的钴簇，分散度降低，从而使活性降低。4.利用所合成的不同孔径的MCF制备钴基费-托合成催化剂，结果表明，MCF的比表面积几乎没有受球形孔孔径大小的影响，大孔径的催化剂仍能保持较高的比表面积。催化剂的四氧化三钴颗粒随着载体孔径的增大而增大，四氧化三钴颗粒越大越容易还原，但是同时降低了钴的分散度，最终导致了费-托合成催化剂的活性随着孔径的增大而降低。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-28
  1.1 费-托合成研究背景及现状  14-15
  1.2 费-托合成反应原理  15-16
  1.3 费-托合成产物  16-18
  1.4 费-托合成工艺  18-19
  1.5 费-托合成反应器  19-21
    1.5.1 固定床反应器  19-20
    1.5.2 浆态床反应器  20
    1.5.3 流化床反应器  20-21
  1.6 费-托合成催化剂  21-24
    1.6.1 铁基催化剂  22
      1.6.1.1 铁基催化剂  22
      1.6.1.2 铁基催化剂助剂  22
    1.6.2 钴基催化剂  22-24
      1.6.2.1 载体  23-24
      1.6.2.2 助剂  24
      1.6.2.3 制备方法  24
  1.7 介孔二氧化硅泡沫及其在催化领域中应用研究现状  24-26
    1.7.1 介孔二氧化硅泡沫  24-26
    1.7.2 介孔二氧化硅泡沫在催化领域中应用  26
  1.8 选题目的和工作思路  26-28
第2章载体和催化剂的制备、表征及费-托合成活性评价  28-34
  2.1 载体和催化剂制备  28
    2.1.1 实验试剂  28
    2.1.2 载体的制备方法  28
    2.1.3 催化剂的制备方法  28
  2.2 催化剂表征  28-31
    2.2.1 X-射线粉末衍射（XRD）  28-29
    2.2.2 透射电子显微镜（TEM）  29
    2.2.3 扫描电子显微镜（SEM）  29
    2.2.4 氮气物理吸附-脱附  29-30
    2.2.5 氢气程序升温还原（H2-TPR）  30
    2.2.6 氢气程序升温脱附（TPD）与氧滴定  30-31
  2.3 费-托合成反应活性测试  31-34
    2.3.1 费-托合成反应评价装置  31-32
    2.3.2 实验气体  32
    2.3.3 费-托合成反应评价方法  32
    2.3.4 费-托合成反应计算方法  32-34
第3章大孔径高比表面积介孔二氧化硅泡沫（MCF）的制备和表征  34-42
  3.1 引言  34
  3.2 实验部分  34-35
    3.2.1 介孔二氧化硅泡沫材料的制备  34-35
  3.3 介孔二氧化硅泡沫材料的表征  35
  3.4 结果与讨论  35-40
    3.4.1 X-射线粉末衍射（XRD）  35-36
    3.4.2 透射电子显微镜（TEM）  36-37
    3.4.3 扫描电子显微镜（SEM）  37
    3.4.4 氮气物理吸附-脱附  37-40
  3.5 本章小结  40-42
第4章 MCF 负载钴催化剂的费-托合成催化性能研究  42-53
  4.1 引言  42-43
  4.2 实验部分  43-44
    4.2.1 载体的制备  43
    4.2.2 催化剂的制备  43-44
  4.3 催化剂的表征和费-托合成反应活性评价  44
  4.4 结果与讨论  44-52
    4.4.0 氮气物理吸附-脱附  44-45
    4.4.1 X-射线粉末衍射（XRD）  45-46
    4.4.2 透射电子显微镜（TEM）  46-48
    4.4.3 扫描电子显微镜（SEM）  48
    4.4.4 氢气程序升温还原（H2-TPR）  48-49
    4.4.5 氢气程序升温脱附（TPD）和氧滴定  49
    4.4.6 费-托合成反应活性评价  49-52
  4.5 本章小结  52-53
第5章不同孔径的 MCF 负载钴费-托合成催化剂的催化性能研究  53-61
  5.1 引言  53-54
  5.2 实验部分  54
    5.2.1 不同孔径 MCF 的制备  54
    5.2.2 催化剂的制备  54
  5.3 催化剂的表征和费-托合成反应活性评价  54
  5.4 结果与讨论  54-60
    5.4.1 氮气物理吸附-脱附  54-56
    5.4.2 X-射线粉末衍射（XRD）  56-57
    5.4.3 透射电子显微镜（TEM）  57
    5.4.4 氢气程序升温还原（H2-TPR）  57-58
    5.4.5 氢气程序升温脱附（TPD）和氧滴定  58-59
    5.4.6 费-托合成反应活性评价  59-60
  5.5 本章小结  60-61
论文总结  61-63
参考文献  63-75
  第1章参考文献  63-67
  第2章参考文献  67-68
  第3章参考文献  68-70
  第4章参考文献  70-73
  第5章参考文献  73-75
致谢  75-76
附录 A 攻读学位期间的学术论文及收录情况  76

介孔二氧化硅泡沫（MCF）负载的钴费-托合成催化剂的催化性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文