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费-托合成(FTS)是将合成气(CO和H2)在催化剂的作用下转化为清洁的优质液体燃料和有价值的化学品的一个多相催化过程[1],合成气可以通过煤、天然气、生物质等非石油原料转化而来。Al2O3由于其较大的比表面积、良好的机械性能、较好的抗腐蚀性及较高的热稳定性而成为常用的催化剂载体。有序介孔材料由于其较大的比表面积、高度规整的孔道结构、较窄的孔径分布以及在较大范围内孔径可调等优点而应用于费-托合成催化剂载体。 本文使用P123(结构导向剂),异丙醇铝(铝源),盐酸(pH调节剂),水杨酸和柠檬酸(界面保护剂)以及无水乙醇(溶剂)并采用蒸发诱导自组装法(EISA)合成了具有高比表面,较大的孔容以及高热稳定性的有序介孔氧化铝,并采用满孔浸渍法制备了有序介孔氧化铝负载钴基催化剂。采用TEM、氮气物理吸附-脱附、大角和小角XRD、H2-TPR、H2-TPD以及氧滴定等技术手段对有序介孔氧化铝及其负载钴基催化剂进行了表征,费-托合成催化性能测试在FBR上进行。论文考察了不同的焙烧温度对有序介孔氧化铝的孔结构以及晶型的影响;重点考察了有序介孔氧化铝的晶型、孔结构以及孔径对费-托合成反应性能的影响,其主要结论如下: 1.通过改变在合成过程中的焙烧温度合成了一系列具有不同孔结构与晶型的有序介孔氧化铝。当焙烧温度从500℃提高到700℃时,载体的孔容和比表面积随着焙烧温度的升高而升高,并且在700℃时获得了最大的比表面积和孔容,而孔径则随着焙烧温度的提高而逐渐减少且在700℃时达到最小。继续提高焙烧温度则会降低有序介孔氧化铝的孔容和比表面积,这是由于载体孔道在高温下晶格间距的变化导致部分孔道坍塌所致。随着焙烧温度的提高,当温度从500℃升到700℃时,有序介孔氧化铝逐渐从无定形的氧化铝转化为γ-氧化铝。 2.考察了不同载体焙烧温度对有序介孔氧化铝负载钴基催化剂的费-托合成催化性能的影响。研究发现,载体焙烧温度为800℃的催化剂15Co/OMA-800具有最佳的费-托合成催化性能,这是因为该催化剂具有较高的钴分散度和还原度。随着载体焙烧温度的提高,载体的孔径逐渐减小,因此催化剂的钴晶粒直径也随着焙烧温度的提高而逐渐减小,粒径越小,分散度越高,同时由于γ-氧化铝与钴之间有比无定形的氧化铝与钴物种之间更弱的相互作用,因此该催化剂的还原度也有所提高。 3.在确定载体焙烧温度为800℃的催化剂具有最高的活性后,通过改变合成有序介孔氧化铝的反应条件,制备了不同孔径的有序介孔氧化铝,研究了不同孔径对有序介孔氧化铝负载钴基催化剂的费-托合成催化性能的影响,结果表明,较大的孔径导致了较大的钴晶粒直径,而大的钴晶粒直径会提高钴物种的还原度但也会降低钴的分散度,但由于钴晶粒粒径都小于6nm,因此钴晶粒粒径才是决定催化剂的催化活性的主要因素,最终导致了费-托合成催化剂的活性随着孔径的增大而增大。