过程工程学报 ›› 2024, Vol. 24 ›› Issue (10): 1166-1176.DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224059
杨强1,2,3,4, 王刚3*, 李春山1,2,3
Qiang YANG1,2,3,4, Gang WANG3*, Chunshan LI1,2,3
摘要: 开发CO2加氢制甲醇高效Cu基催化剂对循环利用该温室气体具有重要意义。工作通过共沉淀、后浸渍法制备了系列助剂(Mn, In, Mo, Mg, Zr)改性的Cu/ZnO/Al2O3 (CZA)催化剂,并用固定床反应器评价了其CO2加氢制甲醇催化性能。采用CO2-TPD、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和H2-TPR研究了金属改性助剂对CZA物理化学性质的影响。此外,通过原位红外漫反射光谱表征揭示了CO2加氢制甲醇反应机理。结果表明,Mn改性CZA催化剂具有良好的还原性能、优异的CO2吸附能力和适宜的Cu+/Cu0比,恰当的Cu+/Cu0比例可促进甲氧基的稳定与转化,从而产生更多的甲醇。金属改性有助于增强铜与载体的相互作用,促进催化剂还原,抑制活性铜组分聚集。与未经处理的CZA催化剂相比,Mn改性催化剂表面具有更多中强碱性位点,有助于吸附更多的CO2,进一步加氢形成甲酸盐、甲氧基等中间体。CZA和改性CZA上CO2加氢生成甲醇反应机理遵循甲酸盐途径,甲氧基是关键中间体。Mn改性CZA催化剂由于较强的金属-载体相互作用,催化剂表面Cu纳米颗粒解离H2能力得到提高,载体中存在的间隙H有助于甲酸盐物种的产生,消耗的间隙H由表面Cu纳米颗粒解离出的H原子补充。改性催化剂中的间隙H存在和解离H2能力提升加速了中间物种的形成与转化,促进甲醇的生成。