In-Cu/SiO_2催化剂用于醋酸甲酯加氢反应制乙醇（英文）

工业上常用玉米生产乙醇,从而造成粮食和燃料的选择两难局面.随着页岩气研究的不断深入以及全球可观的煤炭存量,用醋酸甲酯加氢制乙醇已引起广泛关注.铜基催化剂对酯加氢生成醇有高的转化率和选择性,其中铜铬催化剂性能较高,但铬对人体和环境的潜在危害限制了其广泛应用.Cu/SiO_2催化剂价格低廉,环境友好,但其稳定性较差,容易失活不利于工业上应用.因此人们对Cu/SiO_2催化剂进行改性.本文采用氨蒸法制备了一系列掺杂不同量氧化铟(In_2O_3)的Cu催化剂(In-Cu/SiO_2).采用X射线衍射(XRD)、氮气吸脱附、氢气程序升温脱附(H_2-TPD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)以及电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等手段对催化剂进行了表征,同时评价了催化剂的活性和稳定性.结果发现,In_2O_3的改性提高了Cu/SiO_2催化剂在醋酸甲酯加氢制乙醇反应中的活性和稳定性;其中当添加1%In_2O_3时,醋酸甲酯转化率从-83.7%提高至97.8%(反应温度523 K,反应压力3 MPa,氢酯摩尔比15,液时空速2 h1),且对液时空速的变化耐受性比较强.当液时空速大于-3 h1时,随着液时空速的增加,Cu/SiO_2催化剂的活性和选择性急剧下降,而1In-Cu/SiO_2催化剂变化相对较小.TEM和XRD结果表明,适量In_2O_3的掺入改善了Cu/SiO_2催化剂活性组分的分散性,铜粒径变小;FT-IR和N_2O化学吸附结果显示,In_2O_3的加入使得页硅酸铜含量增加,从而有效地抑制了催化剂还原过程中铜的聚合,因此催化剂性能提高.XPS结果表明,表面Cu~0和Cu~+活性位点之间的协同作用有助于改善催化剂性能.Cu/SiO_2和1In-Cu/SiO_2催化剂100 h的稳定性测试发现,Cu/SiO_2催化剂的失活主要是由于活性组分颗粒尺寸聚集变大和表面Cu~0和Cu~+分布的破坏所致;而1In-Cu/SiO_2催化剂物化性质几乎保持不变,表明适量的In_2O_3可稳定Cu/SiO_2催化剂,延长其使用寿命.由此推断,In_2O_3可能作为一种隔离剂以抑制铜纳米粒子的热迁移和聚集,从而有效地提高Cu/SiO_2催化剂活性和稳定性.