插层结构水滑石前驱体制备Cu/ZnO/Al2O3 催化剂及其甲醇合成催化性能
2021-04-28孔令奇NARKHEDENilesh刘瑞琴郑华艳
孔令奇 ,NARKHEDE Nilesh ,刘瑞琴 ,李 忠 ,郑华艳
(太原理工大学 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室,山西 太原 030024)
Cu/ZnO/Al2O3催化剂是工业化合成甲醇的主要催化剂。反应过程中,随着反应温度升高,催化剂中活性组分Cu 颗粒会发生团聚长大,降低Cu 有效比表面,导致活性位数量减少,造成催化剂失活问题[1]。而通过添加载体和助剂的方式不仅可以提高催化剂活性,而且在一定程度上能够抑制活性Cu 物种的团聚长大。Prieto 等[2]通过将铜锌组分引入到SBA-15 中,活性金属颗粒在分子筛三维纳米空间均匀分布,增强活性Cu 物种与载体的结合力,减缓活性组分团聚长大,催化寿命较长。Behrens 等[3]指出,Ga、Cr、Mg、Al 等元素扮演结构和电子载体的双重角色。将适量浓度的载体元素掺杂到前驱体物相中,有利于催化剂中Cu 物种的分散,同时,载体元素也可以改变ZnO的缺陷位点和还原,进而改变金属载体间的相互作用影响活性Cu 物种的催化活性。Narkhede 等[4]采用同晶取代法将Al3+离子引入前驱体(Cu1-xZnx)2(OH)2CO3晶格中,提高Cu 的“稀释”效果,减小了催化剂中CuO 的平均晶粒尺寸,同时Al 促进了ZnO晶格中氧空位的形成,增加了Cu 表面上的还原态锌物种ZnOx,进一步增强了Cu/ZnOx之间的协同作用,抑制铜晶粒的长大。因此,开发既可以对活性Cu 物种产生限域作用,又能增强Cu/ZnO 协同作用的铜基催化剂是目前研究热点。
由于水滑石(LDH)前驱体结构和组成的可调变性,使得其在催化领域具有广阔的应用前景[5]。LDH 材料具有相对较弱的层间结合力,使其具备极强的插层能力。……
