浆态床反应器中生物质合成气合成二甲醚的研究

进行了浆态床反应器中,甲醇合成催化剂与分子筛混合制复合催化剂上,生物质制取的合成气(简称生物质合成气)一步法合成二甲醚的研究,重点考察了不同脱水组分和工艺条件对催化剂反应性能的影响,同时,结合NH₃-TPD等手段对催化剂进行了表征。结果表明,含有较弱酸性SAPO-11分子筛的复合催化剂更适合生物质合成气原料气杂质多、氢碳比低的特点,在合成二甲醚反应中具有更高的选择性和稳定性。250℃、5 MPa、500 h^-1时,在甲醇催化剂与SAPO-11分子筛比例为3:1的复合催化剂上,合成气合成二甲醚反应35 h内,CO转化率稳定在40%以上,二甲醚在有机产品中的选择性保持在97%左右。     

纳米催化剂的理性设计与精准调控

纳米催化在现代化学工业中起着至关重要的作用.当前社会的高速发展,促使人们在不同领域探索新型纳米催化剂引导技术革命以解决日益严峻的能源及环境危机.要实现在原子水平上精确调控并对催化剂结构进行设计以开发高效的纳米催化剂,必须深入了解其中的基本物理化学理论,如活性中心的配位结构以及催化剂与吸附质之间的作用规律等.然而,受当前表征技术和理论化学及合成方法学的限制,从复杂的纳米催化体系中剥离出真正的活性位并对其进行精确定向合成还面临极大的挑战.本文总结了影响纳米催化的因素,并重点阐述了开发电催化和光催化及热催化纳米催化剂中涉及的合成策略.在电催化反应体系中,围绕电解水和氢燃料电池以及CO₂电还原催化剂的开发策略进行了阐述.为缓解当前商用析氢和析氧催化剂对贵金属的依赖,本课题组基于具有核壳结构的金属-有机聚合物前体开发了一种热解策略,分别制备了多孔氮掺杂碳材料包覆的CoP/NCNHP和MoP@NCHSs电解水催化剂.得益于多孔碳材料暴露的高活性位数量及氮物种与活性金属之间的强协同作用,该类催化剂在催化酸性析氢反应(HER)和碱性HER以及析氧反应(OER)中表现出高效的活性和稳定性.此外,本文介绍了一种可以极大提高金属利用效率的Pt₃Ni纳米框架催化剂.该框架结构呈现独特的Pt表面富集特征,不仅最大限度地暴露了高活性的棱/角位点,还有利于分子在框架内部的扩散传质,这种独特的结构使其在氧还原反应(ORR)中表现出较好的催化活性.针对电催化CO₂还原,本文重点阐述了氮配位策略在单原子催化中的应用,并针对单原子在催化多分子转化时面临的挑战,发展了一种“原子对”催化剂.在光催化反应体系中,为促进光生电子-空穴对的分离并抑制其复合,本课题组报道了一种具备快速可逆光致变色能力的Bi₂WO_6-x纳米片.与传统光致变色材料不同,Bi₂WO_6-x纳米片在光照及O₂的作用下可以实现光生电子的快速利用及空穴的消耗,使光生载流子分离得到显著而持续的增强;此外,通过比较载流子在不同晶面的动力学差异,本课题组还揭示了少数载流子动力学对光催化反应活性的影响规律,实现了温和条件下光催化高效碳氢键活化.在多相催化反应体系中,总结了一系列控制金属原子聚集状态的制备策略.针对工业上重要的硅烷氧化和苯氧化以及N-甲酰化反应,重点阐述了氮配位及MXene缺陷稳定策略在制备单原子Au₁/mpg-C₃N₄、Fe-N₄以及Pt₁/Ti_3-xC₂T_y催化剂中的应用及反应活性位点的调控研究.     

合成气制液化石油气复合催化剂的性能

 将甲醇合成催化剂与负载 Pd 的分子筛颗粒混合制得复合催化剂, 在连续固定床反应器上考察了该催化剂对合成气一步法制液化石油气 (LPG) 的性能. 采用 N₂ 吸附-脱附、_NH3 程序升温脱附和程序升温氧化对催化剂进行了表征. 结果表明, 分子筛孔径对 LPG 选择性影响显著, 当采用孔径为 0.74 nm × 0.74 nm 的 Y 型分子筛时 LPG 选择性最高. 在 300 ^oC, 2.1 MPa 和空速 1 500 h^-1 条件下, 含有 Y 型分子筛的复合催化剂上 CO 转化率达 80.2%, LPG 占烃类产物的 73.8%. 在一步法合成 LPG 反应中, 催化剂表面积炭是导致 CO 转化率和 LPG 选择性下降的主要原因.