微通道反应器制备甲醇合成催化剂的研究

【摘要】能源问题越来越成为人们关注的焦点,甲醇是一种非常清洁的可再生能源,因此,合成甲醇的研究具有非常重要的实际意义。合成甲醇的研究以研究催化剂为主,本文首次采用微通道反应器制备合成甲醇催化剂,通过调控制备参数来探索更高甲醇活性催化剂的制备方法。为了研究催化剂制备过程中各因素对催化性能的影响,必须首先掌握催化剂孔道中的内扩散过程对催化反应的影响,论文首先采用共沉淀法制备Cu/ZnO/Al2O3催化剂,加入粘结剂压片成型,通过改变压片压力、粘结剂种类、催化剂颗粒大小来改变孔结构从而研究扩散对反应过程的影响。研究表明,孔结构改变使内扩散阻力增大时,CO转化率降低,而甲醇选择性增大。通过分析反应机理,比较反应条件下CO和H2分子运动平均自由程,得出在反应条件下CO和H2的扩散类型不同,孔结构的改变对CO和H2的影响不同。内扩散限制作用使孔道内活性中心表面H2浓度下降,导致各反应路径受到的影响不同,反应速率下降的比例不同,从而导致甲醇的选择性改变。接下来,论文采用微通道反应器制备Cu/ZnO催化剂,通过TEM、HRTEM、BET、XRD等表征手段考察了催化剂的形貌、物理性质以及微观结构特性。研究表明,控制反应条件使成核速度越低,催化剂性能越好。这是因为成核速度加快,会使催化剂形成过多的晶核,过多的晶核会抑制晶体的生长；老化过程是催化剂晶体结构形成的阶段,需要一定的时间,适当的pH和老化温度可以使催化剂中晶体铜结构更多且更加分散,且在老化之前颗粒已经生长到稳定的大小对催化剂活性更有利,因为这避免了大颗粒的形成,使催化剂晶体生长得更好。其次,论文比较了微通道反应器和传统共沉淀法所制备的催化剂,发现与传统共沉淀法相比,微通道反应器所制备的催化剂颗粒较小且分布均匀,结晶程度更高,铜锌更加分散,催化剂中Cu晶体结构更多,甲醇收率更高。这是因为传统共沉淀法混合效果有限,无可避免地有部分反应会在极高或极低的pH进行,且传统共沉淀法溶液返混严重,后生成的颗粒会继续在之前生成的颗粒上长大,容易出现大颗粒和团聚现象,这些都不利于晶体结构的形成,使传统共沉淀法催化剂甲醇活性更低。最后,作者对整篇论文进行了总结,并对后续的研究方向提出了自己的观点,希望能对后来的研究起到抛砖引玉的作用。
【作者】柳艳炉；
【导师】蒋新；
【作者基本信息】浙江大学，化学工程，2014，硕士
【关键词】微通道反应器；孔结构；内扩散；甲醇选择性；混合；制备条件；

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