【摘 要】
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随着工业化进程的加快,空气中的CO_2含量急剧增加,导致全球变暖和其他环境问题。寻求一种可行的方法,将CO_2转化成可利用的高附加值能源是现今研究关注的重点。CO_2加氢转化成甲醇是目前较为优越的途径,甲醇是较好的清洁能源及基础化工原料。在CO_2加氢合成甲醇催化剂的研究方面,仍存在许多困难,诸如CO_2的活性低、选择性低和催化剂稳定性差等问题。开发一种高活性、高选择性及稳定性好的CO_2加氢甲醇
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随着工业化进程的加快,空气中的CO2含量急剧增加,导致全球变暖和其他环境问题。寻求一种可行的方法,将CO2转化成可利用的高附加值能源是现今研究关注的重点。CO2加氢转化成甲醇是目前较为优越的途径,甲醇是较好的清洁能源及基础化工原料。在CO2加氢合成甲醇催化剂的研究方面,仍存在许多困难,诸如CO2的活性低、选择性低和催化剂稳定性差等问题。开发一种高活性、高选择性及稳定性好的CO2加氢甲醇合成催化剂是目前关注的热点之一。本论文是采用ZIF-聚合法制备ZIF-67,氮气焙烧分别得到Co/C-N和Co-Mo2C/C-N催化剂。前者通过空气处理得到部分氧化的Co@Co3O4/C-N催化剂,研究Co金属改性、不同焙烧温度、不同氧化时间和氧化温度,后者研究不同钴钼摩尔比等对催化剂的催化性能影响。具体研究工作如下:(1)以Co(NO3)2·6H2O为钴源,2-甲基咪唑为碳源和氮源,采用ZIF-聚合法制备了氮掺杂碳负载钴基催化剂(Co/C-N)。空气中部分氧化Co/C-N制备了Co@Co3O4/C-N催化剂。研究发现,Co/C-N催化剂的焙烧温度在600℃时,金属Co的颗粒较小,比表面积大,在相同的反应温度下,稳定性较好,在50 h内未出明显的失活现象。部分氧化后得到Co@Co3O4/C-N系列催化剂,与Co/C-N-600相比,CO2转化率下降,而甲醇的选择性随着金属Co的减少而增加。在反应温度为220℃的条件下,催化剂稳定性良好,在50 h反应时间内未出现明显失活,其中Co@Co3O4/C-N(220,2 h)催化剂的CO2转化率为18.6%,甲醇的最高产率为2.0 mmol·g-1cat·h-1。(2)以Co(NO3)2·6H2O为钴源,Zn(NO3)2·6H2O为锌源,与2-甲基咪唑结合,合成前驱体ZIF-8和ZIF-67的结合体ZIFs。以乙酰丙酮钼(MoO2(acac)2)为钼源,通过等体积浸渍,N2气氛焙烧制备出Co-Mo2C/C-N催化剂。适量的Co/Mo比增强反应中Co和Mo2C的相互作用,降低产物中甲烷的选择性,提高CO及甲醇的选择性。综合考察发现,Co-Mo2C/C-N-1具有适量的Co/Mo比,在反应温度为260℃下CO2转化率为8%,甲醇的产率为(3.4 mmol·g-1cat·h-1)。
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