合成氣轉化反應中產物選擇性調控問題的研究

《合成氣轉化反應中產物選擇性調控問題的研究》是依託廈門大學，由張慶紅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：合成氣轉化反應中產物選擇性調控問題的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張慶紅
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

發展合理利用煤、天然氣和生物質等非油基碳資源的有效途徑在能源問題日益嚴峻的背景下具有重大意義。費托合成是合成氣轉化制碳氫化合物的多相催化過程，是從非油碳資源出發製備液體燃料或化學品過程中的一個關鍵步驟。由於費托合成遵循聚合機理，導致大多數催化劑上產物分布寬，選擇性調控困難。研究直接高選擇性生成特定目標產物的催化劑體系，特別是生成汽油組分、柴油組分或低碳烯烴等的催化劑，是該反應的一個挑戰。項目將圍繞產物選擇性調控這一關鍵科學問題，揭示費托合成反應中選擇性調控的基本規律。項目擬系統考察催化活性組分與助劑本質、活性金屬尺度、載體酸性質和孔結構、功能複合催化劑誘導二次反應等因素對產物分布的影響，確立提高特定目標產物選擇性的有效方法。研究反應機理，在分子水平上理解反應中間體轉化的科學規律。項目希望確立高選擇性製備柴油、汽油和低碳烯烴的催化體系，為實現非油基碳資源的合理高效利用做出貢獻。

結題摘要

費托合成是合成氣轉化制碳氫化合物的多相催化過程，是從非油碳資源出發製備液體燃料或化學品過程中的一個關鍵步驟。由於費托合成遵循聚合機理，導致大多數催化劑上產物分布寬，選擇性調控困難。研究直接高選擇性生成特定目標產物的催化劑體系，特別是生成汽油組分、柴油組分或低碳烯烴等的催化劑，是該反應的一個挑戰。項目圍繞產物選擇性調控這一關鍵科學問題，揭示費托合成反應中選擇性調控的基本規律。 針對費托合成反應，項目前期發現通過系統改變酸性多級孔分子篩meso-ZSM-5負載金屬釕的雙功能催化劑的金屬粒徑、孔結構及酸性質，可以誘導CO加氫反應產物高碳烴的酸催化二次加氫裂解反應。通過調控催化劑的結構性質，可以影響費托合成最終產物分布，得到高的汽油餾分烴C5-C11選擇性，是提高特定目標產物選擇性的有效方法。但由於釕為貴金屬，實際套用受到制約，但該研究具有指導性意義，為同類研究提供了好的研究思路。 本項目在前期研究的基礎上，開展了以下方面的工作:(1)研究了結構可控的、以非貴金屬鈷替代釕的酸性多級孔分子篩負載金屬鈷的雙功能催化劑的製備方法，實現了對催化劑中載體孔結構、酸性質及金屬粒徑的調控。研究了酸性多級孔分子篩負載金屬鈷的雙功能催化劑的結構性質對費托合成產物選擇性的影響規律，發展了合成氣轉化高選擇性製備汽油餾分烴的非貴金屬催化劑。(2)研究了結構可控的、非酸性多級孔分子篩載體負載鈷催化劑的製備方法，實現了對催化劑中載體孔結構、金屬粒徑及分散度的調控。研究了非酸性多級孔分子篩負載鈷催化劑的結構性質對費托合成產物選擇性的影響，提出了金屬催化的費托合成產物高碳烴氫解反應對費托合成最終產物選擇性的影響規律，發展了合成氣轉化高選擇性製備柴油餾分烴的高性能催化劑。(3)研究了鐵催化劑上合成氣轉化製備烯烴的反應規律。 項目的實施，主要總結了套用酸性與非酸性多級孔分子篩載體負載納米金屬催化劑、通過耦合二次反應，調控合成氣轉化生成產物選擇性的規律。發展了高選擇性製備汽油、柴油和低碳烯烴的催化體系。項目在包括Angew. Chem. Int. Ed, J. Catal., Chem. Eur. J, ChemSusChem, PCCP等重要國際刊物等上共發表SCI刊物論文14篇， 申請國家發明專利二項，較好完成預定目標。