苏州大学的CO2加氢制甲醇Cu单原子催化剂研究获进展

近日,苏州大学的研究团队开发C₃N₄负载的Cu单原子催化剂,具有定制配位结构,即Cu-N₄和Cu-N₃,可作为低温CO₂加氢制甲醇的高选择性和高活性催化剂。相关研究成果发表于《自然·通讯》杂志。工业上通过提高温度或压力促进CO₂加氢制甲醇反应,由于CO₂的化学惰性和加氢过程复杂,导致催化剂活性与产物选择性较低。将Cu位点与金属氧化物(如ZnO,ZrO₂,TiO₂)复合的催化剂可用于CO₂加氢,但该类催化剂活性和甲醇选择性低、机制不明确,开发高效CO₂加氢制甲醇催化剂则具有重要意义。     

等离子体协同Co/ZSM-5催化CO2加氢制低碳烃

采用浸渍法制备了负载型Co基催化剂,并在介质阻挡放电低温等离子体反应器中研究了其对CO₂加氢转化生成低碳烃反应的催化性能,考察了载体、Co负载量,以及催化助剂对催化剂性能的影响,探讨了催化剂活性相、等离子体与催化剂的协同作用机理,分析了在等离子体体系中CO₂加氢制低碳烃可能的反应路径。结果表明,在介质阻挡放电反应器中,等离子体与Co基催化剂具有显著协同作用,在常压、低温下,CO₂加氢可生成一定量的C₂~C₄低碳烃。以Co质量分数为15%的Co/ZSM-5为催化剂时,CO₂转化率达45.0%;C₂~C₄选择性为13.7%。催化助剂Ni的加入可以进一步提高CO2的转化率和C2~C4的选择性。当Ni-Co/ZSM-5催化剂中m(Co)/m(Ni)为4∶1时,C₂~C₄转化率达52.3%,C₂~C₄选择性达17.9%。     

CO2加氢制甲醇Cu/CeO2催化剂实验研究

考察了第二金属Ni改性对CO₂加氢制甲醇Cu/CeO₂催化剂活性的影响,并通过XRD、BET、XPS、H₂-TPR等手段对改性前后催化剂结构进行了表征。结果表明：金属负载量为20%时,Cu/CeO₂的比表面积最大;Cu与Ni质量比为3∶1时,催化剂碱度最大,氧空位含量最高,Cu-Ni协同作用最强;该催化剂在反应温度240℃、反应压力3 MPa、液时空速2 400 mL/(g·h)、H₂与CO₂体积比为3∶1时催化CO₂加氢制甲醇效果较优,CO₂转化率为18.5%,甲醇时空产率为40.43 g/(kg·h)。     

铁基催化剂活性相调控及其催化CO2加氢制线性α-烯烃研究进展

线性α-烯烃(LAOs)作为重要的化工原料，通常用于共聚单体、合成润滑油、增塑剂用醇和油品添加剂。以二氧化碳(CO₂)和氢气(H₂)作为原料，通过CO₂加氢反应生产LAOs可以缓解温室效应、实现CO₂高值化利用，具有重要意义。CO₂加氢制LAOs一般包括逆水煤气变换(RWGS)和费托合成(FTS)两个步骤，四氧化三铁(Fe₃O₄)和碳化铁(χ-Fe₅C₂等)可分别催化RWGS和FTS反应，因此Fe基催化剂是当前的研究热点。介绍了Fe基催化剂的物相演变过程及其失活机制，重点分析了载体、助剂和表面改性对促进χ-Fe₅C₂活性相生成、调控Fe₃O₄/χ-Fe₅C₂比例(物质的量之比)和维持χ-Fe₅C₂相稳定的作用，总结了F...     

二氧化碳加氢制甲醇与电解制甲醇系统技术经济性分析

新能源电力驱动下的二氧化碳(CO₂)捕集与资源化利用是促进新能源消纳和实现工业碳循环的重要举措。CO₂还原制甲醇作为CO₂利用的重要途径之一,受到了广泛关注。通过建立系统技术经济模型,以系统终了净现值(NPV)以及甲醇平准化成本(LCOM)为经济性指标,对比了CO₂加氢制甲醇以及CO₂电解制甲醇两种系统的经济性。在目前的技术经济条件下,CO₂加氢制甲醇系统经济性优于CO₂电解制甲醇系统,但在同等电解池性能下,CO₂电解制甲醇系统的应用潜力高于CO₂加氢制甲醇系统,CO₂电解制甲醇系统的NPV是CO₂加氢制甲醇系统的5.5倍。此外,通过敏感性分析发现产物价格与电解池性能是影响系统经济性的关键外部与内部技术参数,对于CO₂电解制甲醇系统,电流密度、甲醇法拉第效率以及产物浓度(体积分数)是保障型技术参数,超过对应阈值后对经济性影响较...     

高活性低温甲烷化Ni基催化剂的制备及表征

采用浸渍法和共沉淀法制备了Ni基低温甲烷化催化剂,利用N₂吸附-脱附,H₂-TPR,XRD等方法对制备的Ni基催化剂进行表征,考察了添加结构助剂氧化铝及助剂La,Mn,Mg,Cu对Ni基催化剂结构及性能的影响。实验结果表明,共沉淀法制备的催化剂加氢活性优于浸渍法,添加结构助剂氧化铝可以增加催化剂的比表面积、金属分散度,进而提高催化剂的性能;催化剂中加入Mn或La助剂可以降低催化剂Ni与载体之间的结合力,降低催化剂的还原温度,增加催化剂的CO和CO₂加氢活性;在压力2.0 MPa、温度160℃、气时空速10 000 h^-1下,采用Ni-La/Al₂O₃-SiO₂催化剂处理CO含量为5 000×10^-6(x)、CO₂含量为100×10^-6(x)的富氢气体时,CO完全转化,CO₂含量可降至1×10^-6(x)以下。     

氮化碳对Cu-ZnO-Al2O3催化CO2加氢合成甲醇的影响

采用固体混合法制备了石墨相氮化碳(g-C₃N₄)复合Cu-ZnO-Al₂O₃催化剂,通过XRD、H₂-TPR、CO₂-TPD和N₂O滴定等表征手段对催化剂进行表征,并将其用于CO₂加氢合成甲醇反应。结果表明,g-C₃N₄的适量添加可以提高催化剂上铜物种的分散度和催化剂的碱性位点,增加铜颗粒的比表面积,有利于CO₂的吸附及活化,当添加5%质量分数的氮化碳时,催化剂催化效果显著提高,在200 ℃、3.0 MPa的反应条件下,CO₂转化率达到7.6%,甲醇选择性为74.4%。     

ZnZrOx/SAPO-18催化剂上CO2加氢制低碳烯烃

设计合成了一种ZnZrO_x/SAPO-18催化剂并将其用于CO₂加氢制低碳烯烃。利用XRD,TEM,HRTEM,STEM,FESEM,EDS元素分析等方法对ZnZrO_x/SAPO-18催化剂进行表征。实验结果表明，ZnZrO_x/SAPO-18催化剂的加入实现了90.6%的低碳烯烃选择性，其中丙烯和丁烯选择性大于67.8%；该催化剂还展现了良好的稳定性，在超过120 h的稳定性测试中没有明显失活；通过中间物种的迁移，ZnZrO_x/SAPO-18催化剂将CO₂加氢反应与C—C耦合过程在热力学和动力学上耦合起来，有利于反应正向进行。     

等离激元光催化CO2转化催化剂研究进展

CO₂的资源化利用对实现碳循环意义重大。在众多CO₂化学利用手段中，光催化CO₂转化被认为是最为绿色和清洁的方案，但受限于较低的反应转化效率，尚未能取得大规模应用。等离激元光催化剂可利用表面等离激元共振现象，有效应对C==O键活化困难、光能利用不足和光生载流子寿命短等问题，提高CO₂的转化效率和产物选择性。为了促进光催化CO₂转化技术的商业化进程，等离激元光催化CO₂转化催化剂的性能仍有待进一步改进。通过介绍等离激元光催化CO₂转化的机理和梳理讨论近年等离激元光催化CO₂转化催化剂的研究进展，总结了等离激元光催化CO₂转化催化剂的设计思路与调控手段，强调了提高反应转化效率和降低催化剂成本的重要性，指出了未来该催化剂的研究和发展方向。     

CH4和CO2偶联直接合成乙酸的研究进展

CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸是典型的绿色化学反应之一，但是也是一个热力学不利的过程，实现该反应是化学工程与技术的巨大挑战。CH₄和CO₂作为性质稳定的化合物，在温和条件下的活化与转化是催化领域的难题。综述了近年来国内外CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸的研究进展，重点介绍了克服热力学不利的方法、反应机理以及催化剂研发等方面的工作，分析了构建高性能催化剂可行的方向，展望了CH₄和CO₂偶联直接合成乙酸的未来发展方向，并提出了相关建议。     

基于晶格匹配Pt-Co-ZnO三元界面催化剂设计及其催化CO2加氢性能

针对精准构建多组分固体催化剂纳米多元界面的难题,鉴于六方晶型氧化亚钴(hcp-CoO)与氧化锌(ZnO)具有超高的晶格匹配度(大于99.8%),采用晶格匹配策略定向构建Pt-Co-ZnO三元界面,设计合成了三元催化剂Pt-ZnO@CoO,并利用扫描电镜(SEM)、扫描透射电镜(STEM)、能量色散X射线光谱(EDX)、X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)、二氧化碳程序升温脱附(CO₂-TPD)等方法对其形貌、元素分布、物相结构、元素含量、还原能力和吸附能力进行了表征,进而在固定床反应器上评价了其CO₂加氢反应的催化性能。结果表明：在制备的Pt-ZnO@CoO催化剂上,Co、Pt均高度分散于ZnO表面;催化剂经过还原处理,CoO和Pt前体被还原为纳米颗粒,从而形成Pt-Co-ZnO三元界面;Pt-ZnO@CoO催化剂对CO₂加氢反应显示出优异的催化活性和稳定性,这是因为其具有高密度的界面位点、较强的还原能力和较强的CO₂吸附...     

均苯三甲酸辅助合成CuZnAlZr催化CO2加氢制甲醇

CO₂加氢制甲醇是合成化学增值品的重要途径之一,有助于缓解能源与环境压力。采用共沉淀法合成了用于CO₂加氢制甲醇的Cu Zn Al Zr催化剂,并采用X射线衍射(XRD)、N₂O-H₂滴定、N₂吸/脱附、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段对所得催化剂进行了表征,详细考察了均苯三甲酸(BTC)辅助合成对Cu Zn Al Zr催化剂活性Cu物种的分散度及其催化性能的影响。结果表明,在Cu Zn Al Zr催化剂前驱体中引入BTC后,焙烧阶段分解生成气体产物有利于增加催化剂的比表面积并产生更多的孔隙结构,还可减弱Cu与载体氧化物之间的相互作用,有助于Cu物种的分散。当BTC引入量为n(BTC)/n(Cu²⁺)=1/6时,在空气中焙烧所得Cu Zn Al Zr催化剂表面存在更多高度分散的较小Cu晶粒和Zn O晶相,Cu与Zn O物种之间的...     

CO2甲烷化催化剂CeO2-Ni/Al2O3的制备及性能

 以Ni-Al水滑石为前驱体,采用水热合成法,制备了不同CeO₂含量的αCeO₂-Ni/Al₂O₃催化剂,通过XRD、N₂吸附-脱附、CO₂-TPD和原位漫反射红外分析(DRIFT)等手段,表征了制备催化剂的微观结构和物化性质,评价了其对CO₂甲烷化反应的催化活性及稳定性,并进一步研究其催化CO₂甲烷化反应的机理。结果表明：制备催化剂主要为介孔结构,表面有较多的弱碱和中强碱性位点;CeO₂的适量引入可提高Ni-Al₂O₃催化剂低温催化CO₂甲烷化的活性,其中以CeO₂负载摩尔分数5%的催化剂性能最好,在250 ℃时,CO₂转化率可达91%,CH₄选择性可达100%,且经120 h的稳定性测试后,活性无明显下降;CO₂甲烷化时,催化剂表面产生中间产物甲酸盐和双齿碳酸盐,其有利于CH₄的生成。     

聚酰亚胺膜材料在CO2分离领域的应用研究进展

概述了聚酰亚胺(PI)在CO₂分离领域的研究现状,总结了PI的结构改性、共聚改性和共混改性对PI膜材料CO₂分离性能的影响。在PI结构中引入非共面立体结构、共混改性时引入多孔结构的粒子,可制备具有高CO₂渗透性与选择性的PI膜,PI膜在CO₂分离领域展现出良好的应用前景。     

二硫化钼直接制备加氢脱硫催化剂技术展望

随着原油重质化和劣质化程度的加深以及环保法规的日益严格,加氢脱硫成为获得清洁燃料油的重要手段,催化剂是加氢脱硫技术的核心。针对现有加氢脱硫催化剂制备路线存在的硫化不充分、开工周期长、环境不友好、制备路线繁琐等不足,提出开发兼顾低成本、高活性和环境友好三方面的催化剂制备路线,即以 MoS₂直接制备加氢脱硫催化剂。对 MoS₂和纳米 MoS₂的制备以及 MoS₂直接制备加氢脱硫催化剂的研究现状进行了综述,并对该制备路线的研究方向进行了展望。     

多相催化加氢反应中H2异裂解离的研究进展

多相催化加氢反应是制备高附加值燃料及化学品的重要途径,而H₂异裂解离过程及其形成的氢化物(M—Hδ-)的化学性质与加氢反应活性和选择性密切相关。然而,由于多相催化剂表面结构复杂导致了H₂异裂解离过程及M—H^δ-化学性质的多样性,为认识H₂异裂解离及M—H^δ-的化学性质对加氢反应机理的调控规律带来了巨大挑战。综述了H₂异裂解离的机理及M—H^δ-的化学性质,并介绍了常用于检测M—H^δ-的表征技术并分析了各自的优缺点。重点讨论了不同多相催化体系,如负载型金属催化剂、金属氧化物催化剂以及阴离子杂化金属催化剂中,H₂异裂解离与催化剂活性位点结构之间的内在关系及其对加氢反应性能的优化,并提出了调控H₂异裂解离的有效策略。最后,针对当前H₂异裂解离及M—H^δ-研究面临的主要挑战进行了总结,同时对未来发展方向进行了展望。     

Ni/CeθM1-θOx催化剂催化二苯并呋喃加氢脱氧性能研究

中低温煤焦油中杂原子氧的含量较高，会造成油品热值低和稳定性差的问题，而加氢脱氧是煤焦油加氢精制最有效的方法之一。采用水热法制备了掺杂金属离子的CeO₂的Ni/Ce_θM_1-θO_x催化剂(M=Fe,Ga,Zr)，研究了催化剂表面氧空位相对含量对二苯并呋喃加氢脱氧反应的影响。采用透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)对催化剂形貌和结构进行了分析，采用拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂表面氧空位进行了研究。利用高压反应釜对具有不同氧空位相对含量的Ni/Ce_θM_1-θO_x催化剂上二苯并呋喃的加氢脱氧活性进行了评价。结果表明，CeO₂掺杂Ga、Zr和Fe后，Ga、Zr和Fe进入CeO₂晶格形成了固溶体结构，导致CeO₂晶格畸变，促进了催化剂表面氧空位的产生。其中，Ni/Ce_θFe_1-θO_x催化剂的...     

含CO2气井防腐工艺技术

CO₂ 腐蚀是世界石油天然气工业中常见的一种腐蚀类型，含CO₂气井的相关工艺技术直接关系着气井的质量与寿命，是气井安全、高效生产的基础。 为此，对我国几个不同类型含CO₂ 油气田的现场的CO₂ 腐蚀资料进行了调查、研究，分析了CO₂ 腐蚀给天然气生产带来的严重危害性，总结出在不同类型油气田中CO₂ 腐蚀的一般规律和不同区域CO₂ 腐蚀的特殊性；在对CO₂ 腐蚀的现象、特点、类型、机理以及腐蚀的影响因素研究的基础上，提出了含CO₂ 气井防腐工艺技术应着重解决好含CO₂ 气井的完井、生产管柱采用不锈钢或双金属复合油管、加注缓蚀剂等几种有效的防腐蚀措施。     

低共熔溶剂用于CO2捕集的研究进展

低共熔溶剂(DESs)具有原料廉价易得、化学稳定性好、可设计、合成工艺简单、可循环使用和绿色环保等优点,在CO₂捕集领域受到广泛关注。重点综述了近年来DESs用于CO₂捕集的研究进展,总结了DESs捕集CO₂的能力,分析了DESs捕集CO₂的影响因素和DESs的循环使用性能,归纳了DESs捕集CO₂的机理(包括物理吸收、化学吸收和物理化学协同吸收),并总结了CO₂在DESs中的溶解度计算模型。分析发现,DESs捕集CO₂的影响因素中,温度、压力和水含量(质量分数)均对CO₂的捕集有影响,且DESs的结构是重要的影响因素;大部分DESs可循环使用;CO₂在DESs中溶解度计算模型的建立有效推动了DESs捕集CO₂的进一步发展。最后,指出了DESs捕集分离CO₂所面临的主要问题并对进一步的研究工作进行了分析讨论。     

镍卟啉加氢反应和扩散行为

采用固定床加氢微型反应装置对八乙基镍卟啉(Ni-OEP)和四苯基镍卟啉(Ni-TPP)进行加氢实验,结合Orbitrap质谱获得了其二氢和四氢中间产物的结构信息,从而丰富了对镍卟啉加氢脱金属连续加氢反应历程的认识。基于反应动力学数据,发现Ni-OEP和Ni-TPP的表观与本征加氢反应均遵循拟一级动力学规律,催化剂NiMo/γ-Al₂O₃相对于NiMo/Zr-SBA-15表现出更高的加氢活性。尽管NiMo/γ-Al₂O₃催化剂具有较大的平均孔径,但无规则的孔道结构显著降低了镍卟啉的扩散系数,导致扩散对加氢脱镍(HDNi)反应的影响更加显著。因此,针对重油中与Ni-OEP和Ni-TPP结构相近的化合物,需要改善工业NiMo/γ-Al₂O₃基催化剂的贯穿性或者提高催化剂孔径,通过强化内扩散传质以实现其高效加氢转化。