文档介绍：逆水煤气变换反应催化剂的研究进展
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[摘要]逆水煤气变换( RWGS)反应能够将CO2转换为更具有价值的CO,这一变换过程也是目前公认的最有发展前景的CO Pt系催化剂在催化反应中主要以负载的形式出现,关于该体系催化剂的研究的重点在于催化剂的结构与性质,即通过分析负载型Pt基催化剂与其载体之间的相互作用,进一步完成对反应催化性能改善的研究。Pt系催化剂常见的载体有TiO2、Al2O3、La-2rO2等。研究发现,Pt基催化剂的反应性能与催化剂的载体及反应条件密切相关。Santos等人就通过试验研究发现,在400℃以下的温度范围内反应时,Pt/TiO2的反应性能要比Pt/Al2O3的反应性能强很多,而随着温度的升高,Pt/TiO2这一优势逐渐变得不明显。当反应温度超过400℃时,Pt/Al2O3相比于Pt/TiO2,更加有利于反应副产物CH4的生成,而Pt/La-2rO2催化剂能够在低温高效的状态下实现C02的转化,在150℃%,而传统的催化剂想要达到这一效率,必须使反应温度达到577℃才能够实现。
3 Cu系催化剂研究进展
Cu系催化剂主要用于水煤气变换反应以及工业合成甲醇反应中,近年来其也开始广泛用于RWCS反应,目前研究目的主要是提高Cu系催化剂的热稳定性以及活性。Cu系催化剂的常见载体有Al2O3、2rO2、SiO2、K2O/SiO2等。在关于Cu/AI203、Cu/ZrO2以及Cu/SiO2等Cu系催化剂的研究中,徐海成等研究人员发现提高铜的比表面积更加有利于反应活性的提高。而在Cu/SiO2与Cu/K2O/S1O2的对比研究中发现,后者的反应活性明显优于前者,综合各种研究发现,在Cu系催化剂中,其活性的决定因素主要是Cu的比表面积以及载体对C02的吸附能力。此前,也有研究发现,对于RWGS反应添加微量的铁助剂,有利于Cu催化剂高温稳定性的提高。在600℃高温条件下,Cu/SiO2、Cu/AI2O3催化剂容易氧化和烧结,其催化性能会逐渐下降。但是在加入铁助剂后,结果表明催化剂的活性和稳定性有较大改善。 4 Ni系催化剂研究进展
在Ni基催化剂体系中,研究发现,当使用不同的沉淀剂、载体以及制备方法时,Ni系催化剂的活性均受到一定的影响。常见的Ni系催化剂有Ni/CeO2、Ni/CeZr以及Ni/Ce-Zr-0等,其中,当以CeO2为载体时,由于CeO2中形成了氧空穴以及高分散的Ni物种,因此使得C02顺利转化成CO。而为了进一步提高Ni/Ceoz的催化效率,研究人员采用共沉淀法制备了Ni-CeO2-CP催化剂,其对COz的转化效率达到36%(700℃条件下),而其能够实现对CO的完全选择性。在对Ni/Ce-Zr-0的研究中,由于Ce-Zr-O的形成使得大量的品格缺陷产生,使得C02的转化效率为47%时的CO选择性高达91%。由于受到热力学平衡的限制,上述Ni系催化剂的C02转化效率很难超过50%,因此,研究人员制备了Ni/CeZr催化剂,其在700 aC的条件下,C02的转化效率能够达到68%,而此时的CO选择性几乎为100%。王路辉等采用共沉淀法制备了不同镍含量的Ni-CeO2催化剂,通过XRD和TPR表征也发现了类似的结果。Min Zhang等对Ni( 111)和Ni( 311)这两种镍表面进行的RWGS反应进行了对比分析和系统论证,发现在Ni( 311)表面上更易于进行RWCS反应。综上所述,虽然改善Ni系催化剂的载体特性能够有效的提升CO2的转化效率,但是在700℃甚至更高温度下才能获得较高的CO选择性,这会大大增加相关设备的耐热要求,因此开发出低温高活性的Ni系催化剂至关重要。
5 Fe系催化剂研究进展
对于高温下的变换反应,Fe系催化剂的研究和应用则显得更为普遍和广泛。原因在于使用Fe系催化剂时,CO或者CO2在发生化学吸附产生的C和O能够很好的扩散到纳米Fe体相中,能够形成化學性质更加稳定的Fe氧化物或者碳化物,提高了Fe系催化剂的高温稳定性和活性。目前关于Fe系催化剂的研究重点主要是在掺杂金属对Fe系催化剂性能改善的影响上。研究表明,Mo金属的掺杂能够有效的提高Fe系催化剂的活性以及对CO的选择性,这是因为Mo的掺入能够与Fe原子之间形成Fe-O-Mo的结构,该结构不仅能够有效抑制了Fe的氧化物的还原性,同时能够有效阻止CO向CH化合物的转化。
6催化剂性能影响方法研究进展
催化剂的制备方法能够显著地影响催化剂的性能。研究人员发现沉淀法制备的催化剂性能明显优于浸渍法,%。刘一静等的研究