合成气制低碳醇铑基催化剂的设计合成、性能及生态环境效应研究

来源 :内蒙古大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:dfhdgfhdgf
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生态环境的不断恶化、全球变暖的持续加剧及能源的日趋枯竭是现今人类面临和亟待解决的三大中心问题。从保护生态环境出发,寻求高效、清洁的替代能源和研究开发环保、低碳、可持续的绿色能源生产方式是解决这些问题和实现人类社会可持续发展的唯一途径。以CO、CO2气体作为碳源,通过催化加氢制取低碳醇,具有原料来源广泛、能源利用率高、制得的低碳醇燃料使用过程中有毒气体及温室气体排放量少等特点,被认为是最有应用前景的能源生产及利用的新途径之一。目前,CO、CO2催化加氢制低碳醇仍然面临着转化率较低、醇类产物产率及选择性偏低等问题,还没有形成产业化。高效催化剂的研制与开发是解决这些问题的根本途径。对CO、CO2催化加氢制低碳醇催化反应而言,加强催化剂中活性组分与助剂之间的相互作用以及有效控制活性组分在载体表面的分散状态是提高催化剂催化活性的关键。将异金属配位聚合物作为前驱物应用于上述非均相催化体系,可以实现有效增强活性组分与助剂之间的相互作用以及控制活性组分的分散,从而达到提高催化剂活性的目的。本论文首次选用CO、CO2催化加氢制低碳醇催化剂的活性组分金属元素(贵金属元素铑)及助剂金属元素(碱金属元素和稀土元素)与吡啶羧酸类有机配体共同构建了一系列具有不同组成、结构及功能的配位聚合物,将它们作为制备催化剂的前驱物,创造性地将配位聚合物应用于CO、CO2加氢制取低碳醇催化体系。综合评价了它们对CO、CO2催化加氢制低碳醇的催化活性,及整个催化过程中温室气体CO2的利用水平与温室气体CH4、CO2的排放水平。本文还对上述催化剂进行了CH4-CO2催化重整反应的催化活性评价,为实现CO、CO2催化加氢制低碳醇工艺与CH4-CO:催化重整工艺的有机耦合提供了理论与现实依据,同时也为尽可能消除CO、CO2催化加氢制低碳醇过程中温室气体的排放提供了可行的解决方案。主要工作如下1.设计并合成了八个新型配位聚合物,包括:五个Rh-M型双金属配位聚合物RhLi(PDA)2(H2O)2·2H2O (1)、RhNa(PDA)2(H2O)2(2)、RhK(PDA)2(3)、 RhCe(BPTA)(H2O)4Cl2(4)、RhEu(BPTA)(H2O)4Cl2(5);两个单一金属离子的超分子配位聚合物Rh(BPDA)(HBPDA)(6)、Co(BPDA)(HBPDA)(7)及一个具有新颖的一维锁链结构和优良的光致发光性能的稀土配位聚合物[Eu2(BPDA)3(H2O)]·6H2O (8)。对所有化合物进行了单晶结构及性质的表征。2.选用六个含铑配位聚合物作为前驱物,制备了新型铑基催化剂,并应用于CO加氢制取低碳醇催化过程。研究了前驱物的组成及结构对催化性能的影响。选用以一维配位聚合物RhLi(PDA)2(H2O)2·2H2O(1)为前驱物的催化剂1-SiO2催化CO-CO2混合气加氢制低碳醇反应,研究了反应条件对催化性能的影响。4.评估了CO-CO2混合气催化加氢制低碳醇过程对温室气体CO2的利用水平,及CO、CO2催化加氢制低碳醇催化过程中温室气体CH4、CO:的排放水平。结果表明,所使用的6个CO、CO2加氢制低碳醇催化剂的温室气体排放量均处在较低的水平,均为是绿色环保型催化剂。5.进行了CH4-CO2催化重整制合成气的实验,并模拟了CO、CO2催化加氢制低碳醇工艺与CH4-CO2催化重整工艺耦合的生产模式。提出CO、CO2加氢制低碳醇催化过程实现温室气体进一步减排的策略,为实现CO、CO2催化加氢制低碳醇工艺与CH4-CO2重整制合成气工艺的耦合摸索经验并提供了有利的数据支撑。
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