【摘 要】
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CO2的减排是当今世界共同面对的难题。在我国“2030年碳达峰”“2060年碳中和”的承诺下,实现CO2制大宗化学品的资源化利用,对解决我国环境与能源问题具有双重意义。采用CO2与环氧乙烷合成碳酸乙烯酯,碳酸乙烯酯加氢得到甲醇并联产乙二醇,具有反应条件温和、CO2转化率高、甲醇选择性好等优势,是最具有工业应用前景的CO2利用路线之一,备受学术界与工业界的关注。其中,碳酸乙烯酯加氢高效催化剂的开发是
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CO2的减排是当今世界共同面对的难题。在我国“2030年碳达峰”“2060年碳中和”的承诺下,实现CO2制大宗化学品的资源化利用,对解决我国环境与能源问题具有双重意义。采用CO2与环氧乙烷合成碳酸乙烯酯,碳酸乙烯酯加氢得到甲醇并联产乙二醇,具有反应条件温和、CO2转化率高、甲醇选择性好等优势,是最具有工业应用前景的CO2利用路线之一,备受学术界与工业界的关注。其中,碳酸乙烯酯加氢高效催化剂的开发是研究关键和难点。针对碳酸乙烯酯加氢反应所需氢酯比过高的问题,设计合成了镍改性Cu/Si O2催化剂,探讨了改性方法与镍掺杂量对催化剂结构与性能的影响,为碳酸乙烯酯加氢催化剂的设计提供实验基础与理论指导。采用共蒸氨法、碱辅助浸渍法和浸渍法分别在蒸氨法制备的Cu/Si O2催化剂的基础上进行镍改性,考察了镍掺杂方式对催化剂性能的影响。与Cu/Si O2催化剂相比,三种镍改性催化剂均在低氢酯比下表现出更高的碳酸乙烯酯加氢性能,其中共蒸氨法制备的Cu Ni-AE催化剂性能最优,在氢酯比为60时碳酸乙烯酯转化率仍在99%以上,甲醇和乙二醇选择性分别达91%和98%,且低氢酯比下140h内催化剂未见明显失活。研究发现,镍掺杂促进了金属铜物种的分散,且铜镍间强相互作用促进了Cu+物种的形成,同时镍的引入增强了催化剂的氢气吸附活化能力。这些因素使得共蒸氨法制备的催化剂表观活化能显著降低,从而在低氢酯比下展现出优异的碳酸乙烯酯加氢性能。进一步对共蒸氨法制备的镍改性Cu/Si O2催化剂镍掺杂量进行优化,探究镍物种的分布对其催化剂结构及加氢性能的影响。随镍掺杂量的增加,催化剂碳酸乙烯酯加氢性能呈现先增高后降低的趋势,其中0.2 wt.%镍含量的催化剂在低氢酯比下性能最佳,且0.1 wt.%和0.2 wt.%镍掺杂催化剂均表现出较优的甲醇选择性。结合多种表征结果,发现当镍掺杂量低于0.2 wt.%时,还原后催化剂铜镍物种均匀分布,镍掺杂不仅促进了铜物种的分散,还形成更多Cu+活性位点,提升了催化剂的碳酸乙烯酯加氢性能与甲醇选择性。但当镍掺杂量进一步增加时,金属镍物种分散度下降,出现了表面偏析现象,覆盖了部分铜活性位点,降低了催化剂碳酸乙烯酯加氢性能。
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