钾促进氧化锆负载铁钴催化剂催化CO2制短链烯烃的研究文献综述

 2022-11-24 10:11

一、文献综述

1.选题背景及其科学意义

随着全球工业的快速发展,燃烧化石燃料和汽车尾气排放产生的二氧化碳(CO2)急剧增加,引发了巨大的环境问题。据报道,近年来我国的CO2排放总量已达100亿吨[1],且排放总量仍有上涨趋势。CO2的排放也带来了许多环境问题。因此,CO2减排及其处理已经成为了研究者关心的主要议题。其中,将CO2转化为具有高附加值的工业产品因其工业化可能性大,经济效益好[2],成为了科研工作者关注的焦点。以乙烯、丙烯为代表的轻质烯烃作为重要的化工产品,在化工领域中应用广泛。而根据报道,2020年,我国的乙烯产量有望达到3040万吨,但需求量也将提升至4800万吨,仍有较大当量需求缺口;丙烯市场也存在10%~20%的供给缺口,难以自给自足[3]。因此,利用CO2催化加氢合成乙烯是实现CO2转化和利用的最佳途径[4],对环境保护和资源优化都有着重要的现实意义。

2.课题背景情况简介

CO2催化制备轻质烯烃的关键在于催化剂。近年来,研究者们也发现,费-托合成催化剂[5]具有一定的催化活性,这些催化剂按催化机理来说属于费-托合成(FTS)催化剂和酸性分子筛的组合[6]

费-托合成催化剂以Fe基催化剂和Co基催化剂为主[7],目前使用较为广泛的是铁钴钾催化剂。Fe基催化剂在费-托反应中具有较好的反应性能,副产物CH4选择性低,不易发生二次加氢, 且制备成本低廉[8]。钴基催化剂相关报道较少,钴基催化剂具有更强的加氢与链增长能力, FTS产物以C5 长链的饱和烷烃为主, 难以达到烯烃产物的高选择性[9]。此外,也有报道提出了铁钴钾催化剂相比于一般的铁基催化剂,具有更高的低碳烯烃收率和选择性[24]

尽管铁基催化剂在CO2转化中对对烯烃和长链烃具有更高的选择性,但是未掺杂的铁基催化剂仍对非目标产物显示出很高的选择性,而且未经改性的铁基催化剂机械强度差,容易积碳,难以直接应用于工业生产中。因此有必要添加助剂来提高转化率和优化选择性[10]。助剂一般分为电子型助剂和结构型助剂。结构型助剂可以影响催化剂活性组分的形成和稳定性,通过提高催化剂在载体上的分散度来提高转化率,同时还可提高催化剂的机械强度,防止烧结。电子型助剂可以和催化剂表面进行价电子的转移,从而改变催化剂表面局部电子密度,从而改变反应位点活性[11]。通常,电子型助剂不仅能提高转化率,而且能改变产物选择性。铁基催化剂常加入的电子助剂一般为碱金属助剂,碱金属助剂的加入可以增强载体表面碱性,并增加碱位点的数量,有利于CO2的吸附[14];此外还有Cu助剂[12]和Mn助剂[11]

此外,载体也会影响催化剂对烯烃的选择性和CO2转化率[8,14]。根据报道,现有的催化剂载体有SiO2[13],Al2O3[15],TiO2[13],ZrO2[16]和碳纳米管[17]等,而ZrO2负载的催化剂的低碳烯烃选择性和收率最高[13]。在这些催化剂载体中,不同载体影响催化剂活性的方式不尽相同。例如Al2O3可以提高铁活性组分的分散度以及金属载体相互作用, 催化剂焙烧后孔径显著增大, 有利于低碳烯烃的快速移出[15]。ZrO2[16]、碳纳米管[17]等可以促进活性相的形成,提高催化性能。

3.CO2催化加氢反应基本原理

CO2催化加氢的主要反应路径包括两种:F-T路径和甲醇路径。铁基催化剂具有较好的水煤气变换(WGS)和逆水煤气变换(RWGS)能力,且对烯烃的选择性较好[18]。因此,被认为是CO2加氢合成轻质烯烃的理想催化剂。因此,铁基催化剂受到研究者们的广泛关注。在铁基催化剂上发生的反应属于F-T反应路径,其主要步骤包括两步:1)通过逆水煤气变换(RWGS)反应使CO2转化为CO;2)通过费-托合成(FTS)将CO转化为烃。

剩余内容已隐藏,您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容!立即支付

以上是毕业论文文献综述,课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。