Cu/Zn/TiO2负载型催化剂上CO2加氢合成甲醇

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备Cu/Zn/TiO2负载型催化剂,研究了不同Cu、Zn负载量对催化剂性能的影响,采用BET、XRD、TPR对催化剂进行了表征.考察了反应温度、压力和催化剂组成对CO2加H2催化合成甲醇的影响.     

浆态床用CuO/ZrO2催化剂的完全液相法合成及其对CO加氢的催化性能

 利用完全液相法制备了CuO/ZrO2浆状催化剂,通过X射线衍射、氮气吸附和程序升温还原等方法对催化剂的结构和织构性质进行了研究,并考察了CuO/ZrO2催化剂上CO加氢反应的性能. 结果表明,本方法制备的CuO/ZrO2浆状催化剂具有与传统方法制备的固体催化剂相似的相结构; 利用共沸蒸馏法进行表面处理后, CuO/ZrO2催化剂分散均匀且易于还原; CuO/ZrO2浆状催化剂用于CO加氢反应时,不需另外添加甲醇脱水剂就可以直接合成二甲醚,在473 K时CuO/ZrO2对二甲醚的选择性达到92.1%, 并且在15 d的反应中催化剂呈现出良好的稳定性.     

制备方法对CuO-CeO2/ZrO2催化CO氧化性能的影响

以ZrO2为载体、采用不同的浸渍次序制备了3种CuO-CeO2/ZrO2催化剂并在不同的温度(500,650和800℃)下进行焙烧,利用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H2-TPR和CO-TPR)及CO程序升温脱附(CO-TPD)技术对所制备的催化剂进行了表征,并采用色谱流动法考察了其催化CO低温氧化反应性能。结果表明,当焙烧温度为650℃时,3种催化剂的CO催化氧化活性均最佳,且三者的催化活性大小顺序为:CuO/CeO2/ZrO2>CuO-CeO2/ZrO2>CeO2/CuO/ZrO2。结合催化剂的表征和活性测试结果,我们认为高分散的CuO是CO的吸附中心,有利于CO的低温氧化反应,而大颗粒的CuO几乎对CO没有吸附作用,不利于CO的低温氧化反应。在3种催化剂中,CuO/CeO2/ZrO2催化剂具有最佳的低温还原特性和最大的CO2脱附峰面积,相应地具有最佳的催化氧化活性。     

Cu/ZrO2催化剂上乙醇水蒸气重整反应的研究 Ⅰ 催化剂性能及其制备参数的影响

研究了Cu/ZrO2催化剂在乙醇水蒸气重整反应中的催化性能。用常规沉淀法、醇凝胶法制备了ZrO2载体；用浸渍法或共沉淀法制备了Cu/ZrO2催化剂。考察了ZrO2载体的制备方法以及Cu/ZrO2的制备参数对催化剂性能的影响。采用BET、XRD、TEM及XRF等方法对催化剂的比表面积、孔容、晶相、表面形貌以及活性组分等进行了表征。同时，制备并比较了Ni/ZrO2、Cu/10MgO-90ZrO2和Cu/10CaO-90ZrO2催化剂的性能，考察了活性组分Cu、Ni的差异以及ZrO2载体的影响。在Cu/ZrO2催化剂(Cu的质量分数为8%)上，500 ℃~600 ℃乙醇转化率达到98%~100％、H2选择性为2.0~2.6（摩尔比）。 Cu/ZrO2与Ni/ZrO2机械混合有助于H2选择性的提高。在催化剂载体中添加MgO、CaO碱性物质可以使H2选择性提高1.3倍~2.0倍。浸渍法制备的Cu/ZrO2催化剂的性能优于共沉淀法。     

载体焙烧气氛对甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO2催化剂的影响

采用沉淀法和浸渍法制备了具有氧空位的CeO₂纳米材料和甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO₂催化剂,探索不同焙烧气氛对CeO₂纳米材料结构、性质和甲醇水蒸气重整制氢性能的影响。采用SEM、XRD、BET、H₂-TPR、N₂O滴定和XPS等手段对催化剂进行了表征。结果表明,CuO/CeO₂催化剂的催化活性与催化剂的Cu比表面积大小、Cu-Ce的相互作用强弱、表面缺陷和表面氧空位的多少有关。其中,在氢气气氛下焙烧所得的CeO₂负载CuO后的CuO/CeO₂-H催化剂催化活性最佳。在反应温度为250℃,水醇物质的量比为1.2时,甲醇气体空速为800 h^-1,甲醇转化率达到了100%,重整尾气中CO含量为0.87%。     

Re组分及ZrO_2载体制备方法对Ru-Re/ZrO_2催化丙三醇氢解反应的影响

分别采用沉淀法、水热合成法和不同气氛下焙烧的方式制备了ZrO2载体,采用浸渍法负载Ru及Ru-Re组分制备了Ru/ZrO2和Ru-Re/ZrO2催化剂.利用氮气吸附-脱附、X射线衍射、透射电镜及程序升温还原等方法对样品的比表面积、孔容、平均孔径、晶体结构、形貌及还原特性等进行了表征.考察了Re组分及ZrO2载体制备方法对催化剂在丙三醇氢解制丙二醇反应中的催化性能的影响.结果表明,不同方法制备的ZrO2载体对负载型Ru催化剂的催化性能有一定影响,其中以沉淀法在空气中焙烧制得ZrO2负载活性组分后得到的催化剂的活件相对较低(转化率18.7%),而以沉淀法在氮气中焙烧以及水热合成法制备的ZrO2负载活性组分后得到的催化剂的活性相对较高(转化率25.8%).Re组分的引入对Ru/ZrO2系列催化剂的催化性能有明显的促进作用.     

超细Cu-ZnO-ZrO2催化剂的制备及其催化CO2加氢合成甲醇的性能

 采用溶胶－凝胶法、共沉淀法和共沸蒸馏法制备了一系列不同粒度范围的超细Cu－ZnO－ZrO2催化剂,并应用BET,XRD,TEM和TPR等物理化学方法对催化剂的结构和物化性质进行了表征,同时考察了催化剂上CO2加氢合成甲醇的反应性能．结果表明,超细Cu－ZnO－ZrO2催化剂具有粒度小、颗粒分布均匀和稳定性好的特点,并发现超细Cu－ZnO－ZrO2催化剂比大颗粒的工业Cu－ZnO－Al2O3催化剂具有更高的催化活性,而且随着催化剂粒度的减小,甲醇合成活性进一步增大．研究还发现,ZrO2具有稳定反应活性中心的作用．     

低温水煤气变换催化剂Cu/ZrO_2的制备、表征与性能

以水热法制得的纯单斜相ZrO2为载体,采用沉积沉淀法制备了一系列具有良好水煤气变换反应活性的Cu/ZrO2催化剂.并通过X射线粉末衍射、N2物理吸附、H2程序升温还原、X射线荧光元素分析、高分辨透射电镜和扫描电镜等手段考察了制备参数对Cu/ZrO2催化剂结构的影响,探讨了其结构与性能的关系.结果表明,CuO负载量、沉淀温度、沉淀剂种类和焙烧温度均在一定程度上影响了催化剂活性组分的晶粒大小、分散状态、织构性质及载体与活性组分间的相互作用,从而影响催化剂活性.催化剂制备的适宜条件为:CuO负载量25%,沉淀温度65oC,KOH为沉淀剂,在H2气氛300oC焙烧2h.     

Zr对CuO/ZnO/Al_2O_3前驱体物相、催化剂结构及其合成甲醇性能的影响

采用并流共沉淀法,在CuO/ZnO/Al2O3三元催化剂中加入第四组分Zr,考察了沉淀温度对四元催化剂的前驱体物相组成及浆态床合成甲醇催化活性的影响。通过XRD、DTG、TPR、FTIR、CO-TPD、XPS、HR-TEM等对所制备催化剂及其前驱体的微观结构进行了表征。研究表明:Zr促进了绿铜锌矿(Cu,Zn)5(CO3)2(OH)6物相的生成,使催化剂前驱体中绿铜锌矿含量增加,焙烧后的催化剂铜锌协同作用增强,CuO分散度提高,CuO晶粒平均直径只有4.18nm,同时还原温度显著降低为150℃,CO吸附能力增强,结果显著提高了浆态床合成甲醇催化活性和稳定性。与CuO/ZnO/Al2O3三元催化剂相比,80℃沉淀制备的含4%Zr的CuO/ZnO/Al2O3/ZrO2四元催化剂的甲醇时空收率提高了8.67%,失活率降低了65.12%。     

沉淀方法对FeMnCu/ZnO合成低碳醇催化剂性能的影响

以分步连续沉淀法和共沉淀法制备了一系列FeMnCu/ZnO复合氧化物合成低碳醇催化剂，对其CO加氢合成低碳混合醇的反应性能进行了考察，并用ICP、XRD、BET、H2-TPR对其结构进行了表征。结果表明，沉淀方法不同对催化剂的催化性能有较大的影响。在T503K、P=8.0MPa，GHSV=8000h－1，H2/CO＝2(体积比)的条件下, 分步沉淀法制备的FeMnCu/ZnO催化剂醇的收率和C2+OH的质量分数均高于共沉淀法制备的催化剂。其中“Fe atop Cu”催化剂醇的收率最高，达到0.26g/mLcat·h，同时“Fe atop Cu”催化剂C2+OH的质量分数也最高，可达31.72%。XRD研究表明，分步沉淀法制备的催化剂促进了CuO和ZnO的分散，提高了催化剂的催化性能。BET测试结果表明，分步沉淀法有扩孔的作用，有利于长链醇的生成。TPR研究发现，共沉淀法制备的催化剂Cu物种较难还原，这是共沉淀催化剂合成醇性能较低的原因之一。     

Cu@UiO-66衍生的Cu+-ZrO2界面位点用于高效催化CO2加氢制甲醇

Cu/ZrO₂ catalysts have demonstrated effective in hydrogenation of CO₂ to methanol, during which the Cu-ZrO₂ interface plays a key role. Thus, maximizing the number of Cu-ZrO₂ interface active sites is an effective strategy to develop ideal catalysts. This can be achieved by controlling the active metal size and employing porous supports. Metal-organic frameworks (MOFs) are valid candidates because of their rich, open-framework structures and tunable compositions. UiO-66 is a rigid metal-organic skeleton material with excellent hydrothermal and chemical stability that comprises Zr as the metal center and terephthalic acid (H₂BDC) as the organic ligand. Herein, porous UiO-66 was chosen as the ZrO₂ precursor, which can confine Cu nanoparticles within its pores/defects. As a result, we constructed a Cu-ZrO₂ nanocomposite catalyst with high activity for CO₂ hydrogenation to methanol. Many active interfaces could form when the catalysts were calcined at a moderate temperature, and the active interface was optimized by adjusting the calcination temperature and active metal size. Furthermore, the Cu-ZrO₂ interface remained after CO₂ hydrogenation to methanol, as confirmed by transmission electron microscopy (TEM), demonstrating the stability of the active interface. The catalyst structure and hydrogenation activity were influenced by the content of the active component and the calcination temperature; therefore, these parameters were explored to obtain an optimized catalyst. At 280 ℃ and 4.5 MPa, the optimized CZ-0.5-400 catalyst gave the highest methanol turnover frequency (TOF) of 13.4 h^-1 with a methanol space-time yield (STY) of 587.8 g·kg^-1·h^-1 (calculated per kilogram of catalyst, the same below), a CO₂ conversion of 12.6%, and a methanol selectivity of 62.4%. In situ diffuse-reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS) of CO adsorption over the optimized catalyst revealed a predominant, unreducible Cu⁺ species that was also identified by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The favorable activity observed was due to this abundant Cu⁺ species coming from the Cu⁺-ZrO₂ interface that served as the methanol synthesis active center and acted as a bridge for transporting hydrogen from the active Cu species to ZrO₂. In addition, the oxygen vacancies of ZrO₂ promoted the adsorption and activation of CO₂. These vacancies and Cu⁺ trapped in the ZrO₂ lattice are the active sites for methanol synthesis from CO₂ hydrogenation. The X-ray diffraction (XRD) patterns of the catalyst before and after reaction revealed the stability of its structure, which was further verified by time-on-stream (TOS) tests. Furthermore, in situ DRIFTS and temperature-programmed surface reaction-mass spectroscopy (TPSR-MS) revealed the reaction mechanism of CO₂ hydrogenation to methanol, which followed an HCOO-intermediated pathway.     

不同改性组分对Cu-ZnO基催化剂低温甲醇合成性能的影响

通过共沉淀法制备了Al、Zr和Ce改性的Cu-ZnO基低温甲醇合成催化剂,采用氮气物理吸附、H2-TPR、CO2-TPD、N2O滴定、XRD和TEM等技术对其进行了表征,并考察了改性组分和煅烧温度对其在170℃下合成气制甲醇催化性能的影响。结果表明,经Zr改性的Cu-ZnO基催化剂,其低温甲醇合成性能较好;随着煅烧温度的降低,Cu在催化剂表面的分散度逐渐变大、颗粒逐渐变小,所得到的催化剂其活性也较高;其中,未经煅烧的Cu-ZnO/ZrO2催化剂的活性最佳,其甲醇时空产率为106.02 g/(kg·h),选择性达87.04%。     

探究Cu/ZnO相互作用对CO2加氢制甲醇反应性能的影响

Using renewable green hydrogen and carbon dioxide (CO₂) to produce methanol is one of the fundamental ways to reduce CO₂ emissions in the future, and research and development related to catalysts for efficient and stable methanol synthesis is one of the key factors in determining the entire synthesis process. Metal nanoparticles stabilized on a support are frequently employed to catalyze the methanol synthesis reaction. Metal-support interactions (MSIs) in these supported catalysts can play a significant role in catalysis. Tuning the MSI is an effective strategy to modulate the activity, selectivity, and stability of heterogeneous catalysts. Numerous studies have been conducted on this topic; however, a systematic understanding of the role of various strengths of MSI is lacking. Herein, three Cu/ZnO-SiO₂ catalysts with different strengths of MSI, namely, normal precipitation Cu/ZnO-SiO₂ (Nor-CZS), co-precipitation Cu/ZnO-SiO₂ (Co-CZS), and reverse precipitation Cu/ZnO-SiO₂ (Re-CZS), were successfully prepared to determine the role of such interactions in the hydrogenation of CO₂ to methanol. The results of temperature-programmed reduction (H₂-TPR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) characterization illustrated that the MSI of the catalysts was considerably affected by the precipitation sequence. Fourier transform infrared reflection spectroscopy (FT-IR) results indicated that the Cu species existed as CuO in all cases and that copper phyllosilicate was absent (except for strong Cu-SiO₂ interaction). Transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), and N₂O chemical titration results revealed that strong interactions between the Cu and Zn species would promote the dispersion of Cu species, thereby leading to a higher CO₂ conversion rate and improved catalytic stability. As expected, the Re-CZS catalyst exhibited the highest activity with 12.4% CO₂ conversion, followed by the Co-CZS catalyst (12.1%), and the Nor-CZS catalyst (9.8%). After the same reaction time, the normalized CO₂ conversion of the three catalysts decreased in the following order: Re-CZS (75%) > Co-CZS (70%) > Nor-CZS (65%). Notably, the methanol selectivity of the Re-CZS catalyst was found to level off after a prolonged period, in contrast to that of Co-CZS and Nor-CZS. Investigation of the structural evolution of the catalyst with time on stream revealed that the high methanol selectivity of the catalyst was caused by the reconstruction of the catalyst, which was induced by the strong MSI between the Cu and Zn species, and the migration of ZnO onto Cu species, which caused an enlargement of the Cu/ZnO interface. This work offers an alternative strategy for the rational and optimized design of efficient catalysts.     

CO2加氢合成甲醇Cu/ZrO2催化剂的失活因素

采用低温氮气吸脱附、X射线衍射(XRD)、电镜(TEM)以及热重差热(TG-DSC)等手段,对不同反应时间下Cu/ZrO₂催化剂的物理结构、微观形貌以及积炭情况进行了表征,分析了催化剂的失活原因。结果表明,造成催化剂失活的主要因素是活性组分烧结;其次,表面积炭覆盖其活性中心也造成催化剂活性在一定程度上的降低;而催化剂比表面积对其活性的影响较小。     

CaO对Cu-ZnO-ZrO_2催化CO_2加H_2合成甲醇性能影响

用CaO作为改性助剂,采用并流共沉淀法制备了CuO∶ZnO∶ZrO_2为5∶4∶1(物质的量比),CaO添加量为0、1%、2%、4%、8%、16%(摩尔分数)的六组催化剂。用X射线衍射(XRD)、微商热重(TG-DTG)、傅里叶红外(FT-IR)、N2吸附脱附(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)、CO_2程序升温脱附(CO_2-TPD)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)对催化剂进行了表征。用自制固定床评价了催化剂活性。结果表明,添加CaO后,催化剂路易斯酸性和表面碱性增强;催化剂母体中高温碳酸盐含量增加,热稳定性增强,CuO颗粒粒径变小,Cu-Zn协同作用增强,Cu比表面积增大,分散性变好。催化剂活性受到表面酸碱性、铜比表面积、Cu-Zn协同作用和铜分散性共同影响。当CaO为2%时,铜比表面积为79.3 m2/g、铜分散度为34.8%、CO_2转化率为24.55%、甲醇选择性为19.01%、甲醇收率为0.044 g/(gcat·h),催化剂活性最好。过量CaO占据催化剂孔道和覆盖表面活性位,使催化剂路易斯酸性和表面碱性过强,CuO与H_2有效接触减少,CO_2难以脱附,催化活性下降。因此,适量CaO(2%)添加可促进CO_2加氢反应合成甲醇。     

NaBH4处理LaCuZnX(X=Zr、Al、Zr+Al)(类)钙钛矿型催化剂及其CO2加氢合成甲醇性能的研究

采用共沉淀法分别制备了不同F-T组分(Fe、Co、Ni)改性的KCuZrO_2催化剂,并用于催化CO加氢合成异丁醇。通过BET、XRD、TEM、XPS、H_2-TPR、CO-TPD以及in-situ DRIFTS对催化剂进行了表征。结果显示,F-T组分的加入促进了乙醇和丙醇的形成,但是对异丁醇选择性影响不同。结果表明,Fe促进了催化剂中各组分的分散,活性组分Cu在催化剂表面发生了富集,提高了H_2/CO活化吸附;另外,KFeCuZrO_2的催化剂表面含有较多的C_1物种,有利于乙醇和丙醇进一步发生β-加成反应得到异丁醇,而Co和Ni改性的催化剂上缺少足够的C_1物种,因此,异丁醇的选择性并未明显增加。Co的引入对催化剂结构以及Cu的分散影响不大,但是Co改性后催化剂性能有所下降,其原因是催化剂发生了失活;Ni添加后催化剂比表面积有所减小,且催化剂表面Cu/Zr物质的量比也降低到0.19,催化剂粒径增大,Cu-Zr之间相互作用减弱,异丁醇选择性降低。     

CuO/ZrO_2催化水煤气变换反应制氢:ZrO_2载体焙烧温度的影响

以经不同温度(120、250、350、450℃)焙烧处理的ZrO_2为载体,采用沉积-沉淀法制备了系列CuO/ZrO_2催化剂;考察了富氢气氛下催化剂的水煤气变换反应(WGS)催化性能。结果表明,CuO/ZrO_2催化剂的催化活性随ZrO_2载体焙烧温度的升高呈现先升高后降低的"火山型"变化趋势,在焙烧温度为250℃时取得最高值。采用X射线粉末衍射、N_2物理吸附-脱附、N_2O滴定、H_2程序升温还原和CO程序升温还原及质谱跟踪等技术研究了系列ZrO_2载体及CuO/ZrO_2催化剂的结构和还原性能。结果表明,随着ZrO_2焙烧温度的升高,一方面,CuO/ZrO_2催化剂的Cu分散度逐渐降低,与ZrO_2具有强相互作用的高分散活性Cu-[O]-Zr物种("[]"表示ZrO_2表面氧空位)逐渐减少;另一方面,Cu-[O]-Zr物种的还原能力逐渐增强,并诱导催化剂活性表面羟基的还原能力也相应增强(CO为还原剂),即降低了催化剂对WGS反应的起活温度。两方面的综合作用使得ZrO_2载体焙烧温度为250℃(中等温度)时,CuO/ZrO_2催化剂的WGS催化活性最高。     

载体表面性质对Cu/ZrO2催化剂CO加氢反应行为的影响

用XRD、LRS、NH₃-TPD、CO₂-TPD和CO-FTIR等表征手段考察了不同温度焙烧的氧化锆表面性质的差别,特别是表面酸碱性的差异对Cu/ZrO₂催化剂CO加氢反应行为的影响。结果表明,不同温度焙烧的氧化锆表面酸碱性具有较大的差异,其中以450℃焙烧的氧化锆具有较高的表面碱性和最低酸性。这些表面性质的差异对于Cu/ZrO₂催化剂的CO吸附行为产生较大的影响,进而影响CO的加氢反应活性。以450℃焙烧的氧化锆为载体时,Cu/ZrO₂催化剂具有较好的反应活性。     

改性ZrO2负载钌氨合成催化剂的制备及其构效关系研究

由ZrO(NO₃)₂水解得到的ZrO(OH)₂水凝胶经碱液回流老化、焙烧后制备了改性ZrO₂载体材料,直接浸渍K₂RuO₄溶液,经还原后用于催化氨合成反应。并运用X射线衍射(XRD)、CO₂ 程序升温脱附(CO₂-TPD)、X射线荧光光谱 (XRF)、N₂物理吸附、H₂程序升温还原技术(H₂-TPR)和CO化学吸附对其进行了表征,重点考察了催化剂性能与载体性能间的构效关系。结果表明,KOH和NH₄OH溶液回流均可提高载体的比表面积,但是KOH回流制备的载体同时还具有较强的碱性,因此,负载钌以后表现出最佳活性。在425 ℃、5 MPa、空速为10 000 h^-1条件下,出口氨浓度为5.96%,分别较催化剂K-Ru/ZrO₂-NH₄OH、K-Ru/ZrO₂-CP和Ru/ZrO₂-NH₄OH提高了11%、143%和103%。与活性组分分散度相比,载体碱性强度对活性的促进作用更为明显。     

人工固碳技术—热催化还原CO_(2)催化剂的研究进展北大核心CSCD

选择性加氢在功能材料合成和化学产品提纯等化工领域中有非常重要的应用,并且近年来为减少温室效应的影响,将CO_(2)催化选择性加氢转化成其他有应用价值的物质成为研究热点之一。其中热催化是应用较为广泛、易得到多种目标产物并且获得产品收率较高的方法。目前,利用CO_(2)多相热催化加氢制得甲烷、甲醇、轻烯烃等多种高价值的燃料和化学品已取得了一定进展,但仍存在一些难点问题,其中制备高效催化剂是催化加氢反应的关键问题之一。一直以来,研究人员致力于解决催化剂的活性和选择性问题,通过助剂掺杂和加入功能性载体对催化剂进行改性。针对这些问题,本文简要介绍了CO_(2)催化加氢的研究背景,总结了近5年来热催化CO_(2)加氢制得甲烷、甲醇、轻烯烃产品过程中使用催化剂的种类及对加氢反应的影响,期望为CO_(2)多相催化加氢中新型催化剂的开发提供参考。