電漿製備高分散鈷基費-托合成催化劑及其性能研究

《電漿製備高分散鈷基費-托合成催化劑及其性能研究》是依託天津大學，由李振花擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電漿製備高分散鈷基費-托合成催化劑及其性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李振花
• 依託單位：天津大學

項目摘要

針對費-托合成催化劑製備中普遍存在的分散度與還原性相互制約的問題，引入低溫電漿技術，首先以常規載體和非常規載體負載鈷基催化劑，分別採用常規方法和電漿處理法製備催化劑，通過比較兩種方法和不同載體負載的鈷基催化劑的結構，從而揭示電漿製備高分散鈷基催化劑的機理；在此基礎上研究利用電漿技術解決催化劑製備過程中分散度與還原性相互制約的問題，形成新的高分散易還原鈷基催化劑製備方法。本項目重點研究電漿影響催化劑結構的機理及其控制因素，如低溫電漿作用下鈷前驅體的分解機制、新生成鈷物種的種類及與載體的相互作用等，探索電漿製備高分散鈷基催化劑的本質，揭示電漿製備的催化劑其結構與費-托合成反應的轉化頻率、反應穩定性、產物選擇性之間的變化規律。闡明低溫電漿技術製備高分散鈷基催化劑的原理，為設計製備高效的費-托合成催化劑奠定基礎。

結題摘要

本項目重點研究了電漿影響催化劑結構的機理及其控制因素，如低溫電漿作用下鈷前驅體的分解機制、新生成鈷物種的種類及與載體的相互作用等，探索電漿製備高分散鈷基催化劑的本質，揭示電漿製備的催化劑其結構與費-托合成反應的轉化頻率、反應穩定性、產物選擇性之間的變化規律。結果表明，對於Co/SiO2催化劑，一定功率下DBD處理效果可與一定溫度下的焙燒效果相當。採用DBD法處理能實現鈷前驅體在較低溫度下快速分解，可防止氧化鈷顆粒的團聚或燒結，因此具有Co3O4顆粒粒徑較小、分散度較高等優點，在費托反應中表現出較高的CO轉化率、C5+選擇性和碳鏈增長几率。對於Co/CNTs催化劑體系，焙燒氣氛和溫度、還原溫度對其性能影響很大。低溫焙燒不能使前驅體完全分解，高溫焙燒又會導致鈷顆粒的遷移和團聚，甚至燒壞CNTs載體；在較高溫度的氫氣氣氛下還原又會發生載體的甲烷化反應而使碳納米管結構受到損壞。而採用DBD法製備的Co/CNTs催化劑避免了CNTs載體高溫燒失及鈷顆粒的團聚，能保持CNTs載體的結構和鈷的高分散狀態。 採用H2-DBD法製備Co/SiO2和Co/CNTs催化劑不但可以實現鈷前驅體在較低的溫度下分解，而且還起到部分還原的作用，可將鈷前軀體分解和還原過程合二為一，大大提高了催化劑製備的效率。採用H2-DBD法製備的Co/SiO2催化劑，鈷的分散度較高，但處理過程生成較多難還原的矽酸鈷，導致費托合成反應活性下降。而採用H2-DBD法製備的Co/CNTs催化劑其還原程度較高，不會生成難還原物種，H2-DBD處理1 h後用於費托合成反應，即能達到與傳統焙燒後再用H2高溫還原相當的效果。因而H2-DBD法製備催化劑具有低溫、高效的特點。