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随着石油资源的日益短缺和人们对环保要求的不断提高,从煤和天然气出发经合成气合成低碳混合醇燃料的研究日益活跃。在各种合成低碳醇燃料催化剂体系中,Fe-Cu系催化剂因其较高的反应活性、温和的操作条件和较低的制造成本而倍受关注。 本论文首次在快速冷却条件下,用熔融法制备了Fe-Cu系催化剂,并研究了其在CO加氢合成醇燃料中的催化性能。利用XRD、TPR、H2-TPD、CO-TPD等表征手段对催化剂结构、还原性能、H2与CO在催化剂上吸附和活化等进行了研究,并与催化剂CO加氢合成醇燃料反应性能进行了关联,同时与常温冷却制备的催化剂进行了对比,以考察冷却方法对催化剂的影响。另外,在快速冷却催化剂上引入贵金属Ru,Pd,考察贵金属对Fe-Cu系催化剂结构和催化CO加氢反应性能的影响。 首先,系统考察了催化剂制备过程中熔融电压变化对催化剂反应性能、还原性能和催化剂结构的影响,结果表明熔融电压对Fe-Cu系催化剂总醇收率影响很大,随着熔融电压的升高,总醇收率先增后减,在150V出现极大值,电压过高或过低对催化剂性能都会产生不良影响。 考察了催化剂组分中Cu/Fe比对催化剂结构和成醇反应性能的影响,结果表明催化剂中主组分Cu/Fe比有一个最佳值:对常温冷却来说,Cu/Fe=2.5,对快速冷却来说Cu/Fe=2.0。同时发现常温冷却催化剂样品总醇收率、C2+OH选择性都明显大于快速冷却,并且生成的副产物只有快速冷却样品的40%左右,反应性能较好。 增大催化剂中K组分的含量,考察高K组分含量Fe-Cu系催化剂在结构、反应性能方面的变化规律。对快速冷却样品来说,K组分对催化剂的影响非常显著,存在一个最佳值,当K含量为7.0%时,总醇收率高达1.27g·mL-1·h-1,同时C2+OH选择性达到45.0%;对常温冷却样品来说,K含量的变化对其影响不大。同时发现对高K含量催化剂来说,快速冷却时反应性能得到明显改善。 Fe-Cu系催化剂经贵金属Ru或Pd改性后,催化剂合成醇的性能有了很大的提高。当Ru含量为1.0%时,催化剂的总醇收率最高达到1.96g·mL-1h-1,比原催化剂提高了0.39g·mL-1·h-1,而Pd含量为1.0%时,总醇收率更是达到了2.05g·mL-1·h-1的高水平。