冯 波，武 鹏，李永龙

（北京低碳清洁能源研究院，北京 102209）

费托合成（Fischer-Tropsch synthesis）是将煤炭或天然气制备的合成气（H2+ CO）催化反应转化为化学品的核心技术，是煤炭间接液化、清洁利用的有效途径[1-4]。 目前工业用费托催化剂主要有Co基和Fe基两种类型[5]，其中Fe基催化剂资源丰富、价格便宜、 运行寿命长且适合煤基合成气催化反应制备油品， 被广泛应用。 Fe基费托催化剂前驱体的主要组分Fe2O3经还原、碳化之后，可以形成不同晶体结构的碳化铁活性相， 包括Fe5C2、Fe3C、Fe2.2C等[6-9]，并能催化合成气形成各种费托产物， 比如烷烃、烯烃和含氧有机物等[10-13]，然而目前对前驱体中Fe2O3的还原与碳化机理的相关研究仍然非常有限。Alalwan等[14]认为Fe2O3的还原机理有缩核模型（Unreacted Shrinking Core Model，USCM） 和核生长模型（Nucleation and Nuclei Growth Model，NNGM），缩核模型认为还原反应由颗粒外部向内部扩展，核生长模型认为还原反应是由成核产物在颗粒内部形成并逐渐向外生长。

本文在程序升温条件下，利用原位XRD分析了Fe2O3分别在氢气和CO气氛中反应时的物相变化过程，旨在研究Fe2O3的还原、碳化机理，从根本上了解影响碳化铁形成的因素，对比现有的还原、碳化工艺，从而能有效控制碳化铁的生成，获得产物选择性和运行稳定性良好的催化剂。

1 实验部分

1.1 实验试剂

Fe(NO3)3·9H2O（分析纯，国药集团），Na2CO3（分析纯，国药集团），硅溶胶（分析纯，国药集团），高纯H2（氦普公司，99.9992%），高纯CO（氦普公司，99.9992%）。

1.2 Fe2O3催化剂样品的制备

采用共沉淀和喷雾干燥方法制备样品Fe2O3：按重量计， 将10%的硝酸铁水溶液和15%的碳酸钠水溶液反应，在80 ℃温度条件下形成沉淀，沉淀经老化、 去离子水洗涤至滤液电导率低于500 μS/cm之后，加入一定量硅溶胶搅拌均匀，然后进行喷雾干燥成型，最后经450 ℃焙烧6 h和破碎、筛分后得到样品Fe2O3。……