用于费-托合成的高分散型钴基催化剂*

负载型钴基催化剂是天然气基费托合成的一种重要催化剂,其金属分散度和活性位密度是决定费托合成反应活性和产物选择性（CH4%, C5+%）的关键因素。因此,提高金属钴的分散度和催化剂的还原度是提高金属钴的原子利用率、降低催化剂成本的一条有效途径。本文综述了近年来高分散型钴基催化剂的研究进展,重点探讨了催化剂制备方法、载体类型及贵金属助剂对催化剂分散度和还原性的影响,以及影响高分散型钴基催化剂的费托合成反应活性、产物选择性和反应稳定性的因素,并对负载型钴基催化剂今后的研究发展提出了一些建议。     

一氧化碳加氢制碳氢化合物反应选择性的调控

合成气（即一氧化碳加氢）催化转化制碳氢化合物的费托合成反应是煤、甲烷和生物质等非油基碳资源间接转化制液体燃料或化学品的关键步骤．在传统的费托合成催化荆上,产物服从Anderson．Schulz．Flory分布,特定产物的选择性差．设计和制备高选择性费托合成催化剂,实现C-C偶联产物选择性的调控,是现代C,化学最具挑战性的课题．本文概述了近年来有关c￡偶联机理方面的理论研究进展,简要总结了影响费托合成产物选择性的几个关键因素,着重阐述了活性金属尺寸及所处微环境对产物选择性和催化：舌性的影响．本文还评述了既具有一氧化碳加氢制高碳烃又具有高碳烃加氢裂解能力的双功能费托合成催化剂体系,并提出通过控制加氢裂解等二次反应控制费托合成产物选择性的新策略．     

NiO/Ni纳米结构可见光驱动CO加氢制备高级烃类

正CO加氢高温高压制备高级烃类是一种重要的煤间接液化技术(又称费托反应),被认为是一种替代石油、实现煤碳能源洁净高附加值利用的重要途径,受到学术界和工业界的极大关注~1。常用的费托合成催化剂有Ru、Co、Fe基等催化剂~2。Ni基催化剂虽然被广泛应用于加氢化工反应,但是由于其C―C偶联效率低,趋于催化生成低值的甲烷,因此Ni基催化剂又被称为甲烷化催化剂~3。当前,基于费托反应发展一条清洁、绿色的新型能     

还原-氧化预处理对双孔道钴基催化剂催化性能的影响

以双介孔分布MCM-41分子筛为载体,采用等体积浸渍法制备了钴基催化剂,并考察了还原-氧化预处理方式对催化剂结构及费托合成催化性能的影响。新鲜催化剂经预处理之后,XRD结果显示钴物种主要以单质钴形式存在,且主要以面心立方钴晶型出现,晶粒粒径由原来的8.4nm增加到22.6nm,由于晶粒粒径的增大,拉曼峰呈现蓝移特征。SEM及TEM表征表明,预处理后催化剂中钴物种在载体中有较好的分散性。H₂-TPR结果表明,新鲜催化剂经还原-氧化预处理后钴物种的还原温度降低,钴物种-载体间作用力增强。费托合成反应结果显示,经预处理后催化剂较新鲜催化剂活性低,甲烷选择性提高,但C_5~18的选择性明显提高,尤其是C_5~11的选择性可达到新鲜催化剂的两倍。     

金属有机骨架高温自还原制备高性能等级孔碳负载Co基催化剂

以钴基金属有机框架为前驱体, 利用一步高温碳化自还原法, 通过精确调控碳化过程, 实现等级孔道结构及钴纳米颗粒分散性的可控调节, 制备出高催化活性及产物选择性的等级孔碳负载Co基催化剂. 研究发现, 600 ℃碳化后的催化剂为具有高比表面积的等级孔道结构和高分散的钴纳米颗粒, 在选择性催化1,3-丁二烯加氢反应中, 丁二烯完全转化温度低至60 ℃, 对应丁烯的选择性高达61%, 实现了低温高选择性催化加氢.     

还原温度对双介孔钴基催化剂费-托合成性能的影响

通过等体积浸渍法制备了双介孔钴基催化剂,采用XRD、BET、SEM、H₂-TPR等手段考察了催化剂的性质,并研究了还原温度对催化剂结构及费托合成催化性能的影响。结果表明,随着还原温度的提高,催化剂活性位增加,活性增加,但增加到一定程度后活性降低,而甲烷选择性随着还原温度的提高逐渐增加,这是反应过程中催化剂表面存在的钴氧化物,使得水煤气反应变得活跃,烃产物移向低碳烃。     

活性炭负载的钴基催化剂催化费托合成反应一步合成C_1-C_(18)混合醇:二氧化硅助剂的作用（英文）

采用费托合成反应以及X射线衍射、H2程序升温还原、CO脉冲化学吸附和N2物理吸附表征手段研究了Si O2助剂对活性炭负载的钴基催化剂上生成C1-C18混合醇的影响.结果表明,Si O2的添加抑制了钴物种的还原,但提高了钴物种的分散度,同时抑制了金属钴颗粒在反应过程中的团聚,从而显著提高了催化剂的活性.适量Si O2的添加促进了碳化钴的生成,从而提高了总醇选择性.重要的是,通过Si O2抑制钴物种的还原,导致大量二价钴物种的生成,从而有助于CO插入到碳链中间体中而使高碳醇容易生成.     

还原温度对双介孔钴基催化剂费-托合成性能的影响

通过等体积浸渍法制备了双介孔钴基催化剂,采用XRD、BET、SEM、H2-TPR等手段考察了催化剂的性质,并研究了还原温度对催化剂结构及费托合成催化性能的影响。结果表明,随着还原温度的提高,催化剂活性位增加,活性增加,但增加到一定程度后活性降低,而甲烷选择性随着还原温度的提高逐渐增加,这是反应过程中催化剂表面存在的钴氧化物,使得水煤气反应变得活跃,烃产物移向低碳烃。     

费托合成中Co/ZrO2/SiO2催化剂的失活行为

 采用等体积分步浸渍法制备了费托合成用Co/ZrO2/SiO2催化剂,并用XRD,TPR和N2-吸附等手段对催化剂进行了表征. 考察了催化剂在费托反应过程中的结构变化和失活行为. 结果表明,反应过程中硅酸钴物种的生成是催化剂失活的主要原因,且硅酸钴的生成与产物水的分压有关; 晶粒长大也可能是催化剂失活的原因之一.     

锰助剂对F-T合成Co/Al2O3催化剂反应性能的影响

采用程序升温和原位红外技术对锰改性Co/Al2O3催化剂进行了表征，并与CO加氢反应活性和选择性进行关联.结果表明，添加适量锰能够增加反应活性，提高烃选择性，抑制甲烷及低碳烃的生成. XRD和FT IR结果表明锰助剂的添加能够促进活性相的分散，促进桥式CO吸附位数的增加. H2 TPD表明锰的加入可增加低温吸附氢量，但吸附氢量随锰含量的增加而减少.钴基催化剂的费托合成反应性能可以用锰添加导致的CO吸附态物种的变化来解释.     

SiO2 的甲硅烷基化对钴基催化剂费-托合成催化性能的影响

利用甲硅烷基化作用制得了不同疏水程度的SiO₂载体,采用等体积浸渍法制备了质量分数为5%的一系列负载型钴催化剂。结合FT-IR、²⁹Si CP MAS NMR、BET、XRD、Raman、XPS和H₂-TPR等表征手段,考察了SiO₂甲硅烷基化对钴基催化剂物相结构、还原行为以及费-托合成催化性能的影响。催化剂在固定床反应器中,在p=2.0 MPa、t=240 ℃、n(H₂)/n(CO)=2和GHSV=1 000 h^-1的条件下进行评价。结果表明,随 SiO₂ 疏水程度的增加,钴催化剂的Co₃O₄晶粒长大且晶型趋于完整,钴硅相互作用减弱,还原度增加,催化剂的活性增强。     

Recent Technological Developments in Cobalt Catalysts for Fischer-Tropsch Synthesis

Co-based catalysts are often utilized due to their high Fischer-Tropsch synthesis (FT) activity,C+5 hydrocarbon selectivity, low water-gas shift reaction (WGS) activity and relatively low cost. Selective control of C5+ hydrocarbons and the catalyst longevity are critical in the design of cobalt catalysts.Thus, various methods to improve the performance of Co catalysts have been suggested. The progress in cobalt catalysts reviewed in the last few decades, mainly involved the support, promoter, preparation and deactivation of Co-based catalysts.     

SBA-15的疏水改性及其对钴基催化剂费-托合成催化性能的影响

利用甲硅烷基化作用制得了不同疏水基团(甲基、二甲基和三甲基)改性SBA-15载体,采用等体积浸渍法制备了质量分数为5%的一系列负载型钴催化剂。结合BET、FT-IR、29Si CP MAS NMR、XRD和H2-TPR等表征手段,考察了SBA-15疏水改性对钴基催化剂物相结构、还原行为以及费-托合成催化性能的影响。催化剂在固定床反应器中在p=2.0 MPa,t=200~250℃,H2和CO体积比为2和GHSV=1 000 h-1的条件下进行评价。结果表明,相对于未改性SBA-15负载钴催化剂,疏水基团改性SBA-15负载钴催化剂的还原度增加,CO转化率提高;Co3O4晶粒粒径增大,难还原钴物种减少,CH4选择性降低,C5+烃选择性增加。     

Recent Technological Developments in Cobalt Catalysts for Fischer-Tropsch Synthesis

Co-based catalysts are often utilized due to their high Fischer-Tropsch synthesis (FT) activity, G5+ hydrocarbon selectivity, low water-gas shift reaction (WGS) activity and relatively low cost. Selective control of C5+ hydrocarbons and the catalyst longevity are critical in the design of cobalt catalysts. Thus, various methods to improve the performance of Co catalysts have been suggested. The progress in cobalt catalysts reviewed in the last few decades, mainly involved the support, promoter, preparation and deactivation of Co-based catalysts.     

浸渍溶液pH值对Co/TiO2催化剂F-T反应性能的影响

Fischer—Tropsch合成（简称F—T合成）是煤和天然气转化制取液体燃料的重要途径，催化剂的研制与开发是该过程实现工业化的关键步骤。钻基催化剂以其较高的加氢反应活性、较高的长链烃选择性和较低的水煤气变换活性而成为F—T合成中最有前途的催化体系之一。钴基催化剂的制备通常采用浸渍法。除了能够提高催化剂的比表面积和分散度，载体可以与金属发生相互作用而改变活性金属组分的结构组成、电子状态等，从而影响催化剂的催化反应性能。TiO2作为F—T合成的载体近年来受到普遍的关注。文献[7，8]是针对TiO2载体的低表面有针对性地添加无机氧化物黏接剂，提高金属钴的负载量，从而改进催化剂的反应性能；或者是添加助剂及第二金属组分以提高催化剂分散与还原性能。本文通过调节浸渍液pH值控制钻钛的相互作用并与催化剂反应性能关联，以期为催化剂制备条件的选择提供参考。     

Effect of barium on reducibility and activity for cobalt-based Fischer-Tropsch synthesis catalysts

Barium modified Co/Al2O3 catalysts were prepared by incipient wetness impregnation. The catalysts were characterized by XRD, TPD and DRIFTS. The catalytic activity for Fischer-Tropsch synthesis was measured in a continuously stirred tank reactor. It was found that small amounts of BaO (≤ 2 wt%) improved the cobalt reducibility, which led to more cobalt active sites on the catalyst surface, and then resulted in higher CO conversion and C5+ selectivity. However, for the catalysts with high BaO loadings negative effects on the catalytic activity and selectivity for high hydrocarbons were observed because of low cobalt reducibility.     

Development of niobium-promoted cobalt catalysts on carbon nanotubes for Fischer-Tropsch synthesis

Cobalt-based catalysts were prepared by a wet impregnation method on carbon nanotubes (CNTs) support and promoted with niobium.Samples were characterized by nitrogen adsorption,TEM,XRD,TPR,TPO and H2-TPD.Addition of niobium increased the dispersion of cobalt but decreased the catalysts reducibility.Fischer-Tropsch synthesis (FTS) was carried out in a fixed-bed microreactor at 543 K,1 atm and H2/CO=2 for 5 h.Addition of niobium enhanced the C5+ hydrocarbons selectivity by 39% and reduced methane selectivity by 59%.These effects were more pronounced for 0.04%Nb/Co/CNTs catalyst,compared with those observed for other niobium compositions.     

中孔分子筛负载的钴基催化剂F-T合成反应研究

以中孔分子筛HMS-2为载体,浸渍法制香钴质量分数为15.00%的钴基催化剂,F-T合成反应研究表明：载体焙烧时间对F-T合成反应性能影响不大;Co/HMS-2催化剂的F-T合成反应在运行141.00h达到483.00K后,在H2/CO摩尔比为2.00,压力2.00MPa,空速500.00h^-1反应条件下,CO转化率达到88.00%,烃选择性保持在98.00%左右,烃分布中C5^+含量可达85.00%左右,进一步运转了384.00h,CO转化率仅下降了9.00%,而烃选择性和烃分布几乎不变,说明Co/HMS-2催化剂F-T合成反应性能和稳定性优异。载体中孔结构在473.00K催化剂开始F-T合成反应24.00h后已经塌陷,随后催化剂结构趋于稳定。     

钴基催化剂在Fischer-Tropsch合成烃中的研究进展

F2T 合成中催化剂的选择是关键。本文对近十几年来钴基催化剂在F2T 合成烃中的催化性能进行了评述, 重点讨论了负载型钴基催化剂制备过程中载体、钴源、助剂和制备方法等因素对催化剂活性、选择性控制等方面的影响。     

Cobalt catalysts supported on silica nanotubes for Fischer-Tropsch synthesis

Silica nanotubes(SNT) have been synthesized using carbon nanotubes(CNT) as a template.Silica-coated carbon nanotubes(SNT-CNT) and SNT were loaded with a cobalt catalyst for use in Fischer-Tropsch synthesis(FTS).The catalysts were prepared by incipient wetness impregnation and characterized by N2 physisorption,X-ray diffraction(XRD),hydrogen temperature programmed reduction(H2-TPR) and transmission electron microscopy(TEM).FTS performance was evaluated in a fixed-bed reactor at 493 K and 1.0 MPa.Co/CNT and Co/SNT catalysts showed higher activity than Co/SNT-CNT in FTS because of the smaller cobalt particle size,higher dispersion and stronger reducibility.The results also showed that structure of the support affects the product selectivity in FTS.The synergistic effects of cobalt particle size,catalytic activity and diffusion limitations as a consequence of its small average pore size lead to medium selectivity to C5+ hydrocarbons and CH4 over Co/SNT-CNT.On the other hand,the Co/CNT showed higher CH4 selectivity and lower C5+ selectivity than Co/SNT,due to its smaller average pore size and cobalt particle size.