MOF衍生的新型钴基费托催化剂的制备及性能研究

来源 :北京石油化工学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maldininikanjun
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费托合成可利用CO和H2制备液态燃料和高附加值化学品,这种技术可以有效改善能源短缺问题。金属钴(Co)具有高费托合成催化活性,高长链碳氢化合物选择性以及低水煤气变换活性等特点,为了降低成本,通常将Co负载在载体上,使得在费托工厂中负载型Co基催化剂甚是常见。载体的特性对其催化性能具有显著的影响。为了得到稳定性高、分散性良好的负载型Co基催化剂,MOF衍生的多孔碳载体逐渐得到广泛的关注。本文以ZIF-67作为模板,研究了两种新型负载在多孔碳载体上的Co基催化剂,并将其应用于费托合成反应中。本文首先将ZnCo-ZIF作为前驱体制备得到双金属有机骨架结构(BMZIF),通过改变Zn/Co比例调控催化剂结构,从而获得比表面积合适且费托催化活性良好的催化剂。利用XRD、BET、SEM及TEM等表征手段和费托合成固定床反应器对BMZIF催化剂的形貌特征、多孔结构以及催化活性进行了比较。结果显示,制备的BMZIF催化剂具有高于250 m2·g-1的比表面积。其中BMZIF-1-P的C5+选择性最高,可达90.2%,明显高于其他MOF衍生的费托合成催化剂,这是BMZIF-1-P比表面积较大的原因,比表面积的增大有利于合成气在孔道内部扩散,促进长链碳氢化合物的生成。费托合成中催化剂的活性金属负载量对其活性具有至关重要的作用。我们将ZIF-67原位生长在CoAl-LDH上,获得分层的CoAl-LDH/ZIF-67结构,并通过热解得到高度分散的嵌入式多孔纳米层状(CoPNP)费托催化剂。CoPNP催化剂在保留了活性Co物种最佳粒径和分散度的基础上,还具有高的Co负载量(超过50 wt.%),高于传统费托催化剂。同时,CoPNP催化剂较大的比表面积以及丰富的多孔通道促进了合成气和长链烃产物的扩散,对提高CO转化率和C5+选择性有积极作用。通过对CoPNP催化剂的评价可知,该催化剂具有极高的活性,最大CO转化率为71.6%,C5+长链烃选择性达70.2%。这项研究提高了催化剂的催化性能,并为设计和制备其他费托合成催化剂提供了思路。
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