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CO2加氢制甲醇Cu/ZnOx/ZrO2催化剂研究获进展

2022-04-08中国石化有机原料科技情报中心站

石油化工技术与经济 2022年5期
关键词:催化活性收率选择性

近日,厦门大学研究团队采用共沉淀法制备Cu/ZnOx/ZrO2催化剂,将金属颗粒限域在孔道中,经焙烧后暴露出更多的催化活性位点,提高了催化剂性能。

传统工业CO2制甲醇催化剂Cu/ZnO/Al2O3在200~300 ℃、5~10 MPa的反应条件下,其催化性能较差,难以满足需求,开发廉价、易得、高效的工业催化剂迫在眉睫。

目前,该领域催化剂主要包括铜基、贵金属和其他催化体系。贵金属催化剂由于其价高难以实现大规模工业化;Cu基催化剂综合性能优而被广泛使用,Cu/ZnO催化剂因其价格低廉且易于改性具有工业应用潜力,但存在稳定性差、产物选择性低的特点。Cu/Zn界面是该催化过程的主要活性位点,但在高温、高压下,金属界面处易发生相分离,Cu颗粒逐渐团聚,从而导致甲醇选择性下降。因此精确设计催化剂的Cu/Zn界面并在反应过程中保持其纳米级结构至关重要。

研究团队通过共沉淀法将金属物种负载到UiO-66孔道中,采用高温焙烧破坏UiO-66结构制得Cu/ZnOx/ZrO2催化剂,使更多的活性位点和金属界面暴露出来,从而提高催化剂性能。

X射线衍射表征结果显示,MOF结构在焙烧后发生分解,UiO-66分解成ZrO2,表面的Cu和Zn金属暴露在外。当反应温度为200 ℃时,催化剂转化率为5.7%,选择性超过90%。该催化剂甲醇收率和时空收率(STY)是Cu/ZnOx@UiO-66的5倍以上,当反应温度升至260 ℃时,STY是Cu/ZnOx@UiO-66的3倍。与工业催化剂Cu/ZnO/Al2O3相比,在相同反应条件下,Cu/ZnOx/ZrO2催化剂在CO2转化率、甲醇选择性和收率等方面具有明显优势,STY是工业催化剂的2倍以上,且该催化剂连续测试50 h以上时,其催化活性仍与初始状态相当,具有工业应用潜力。

该研究有利于解决催化剂中的Cu和ZnO相在高温反应过程中易分离而导致催化活性位点相对较少的问题。同时该设计理念可为以多孔材料为模板合成其他含金属复合材料,以提高其催化性能提供借鉴。

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