铑基催化剂在合成气制乙醇中的研究进展

综述了铑基催化剂在合成气制乙醇中的研究进展,主要从铑基催化剂在合成气制乙醇中的生成机理、反应影响因素以及工业应用研究等方面进行介绍。铑基催化剂具有适中的CO吸附和解离能力,独特的乙醇等C_2含氧化合物的选择性,有望成为工业化应用的合成气制乙醇催化剂。     

铑基催化剂在合成气制乙醇中的研究进展

综述了铑基催化剂在合成气制乙醇中的研究进展,主要从铑基催化剂在合成气制乙醇中的生成机理、反应影响因素以及工业应用研究等方面进行介绍。铑基催化剂具有适中的CO吸附和解离能力,独特的乙醇等C_2含氧化合物的选择性,有望成为工业化应用的合成气制乙醇催化剂。     

合成气制乙醇铑基催化剂研究进展

能源是现代社会赖以生存和发展的基础,乙醇作为一种优质的清洁能源,是很有应用前景的替代能源,它可由合成气催化转化制得。研发一种可以选择性生成乙醇并具有工业化应用前景的催化剂是该领域的研究热点。铑(Rh)基催化剂在合成乙醇、乙醛、乙酸的过程中因具有较好的乙醇选择性而备受关注。本文重点介绍了合成气催化转化制乙醇铑基催化剂的反应机理以及催化剂的活性中心、载体和助剂对催化活性、选择性的影响。     

生物质源合成气催化转化制乙醇研究进展

生物质气化制合成气,然后再由合成气催化转化制乙醇,已引起国内外广泛的重视,因为这是改善空气质量,增加能量资源的一条新途径。介绍了合成气制乙醇反应的特点,已研究的该反应主要催化剂类型,以及它们在CO加氢反应中的表现。并分析了现有各类催化体系和反应工艺存在的主要问题,为进一步研究开发新的催化剂和反应过程提供信息。     

铑基催化剂用于低碳醇合成反应研究进展

分别从反应机理、活性位点、助剂和载体4个方面对合成气制低碳醇铑基催化剂体系进行了文献综述,同时对理想催化剂的研究方向做出了预测.通过对不同学者的研究成果的对比,发现对于铑基催化剂催化的反应机理和活性中心等方面的研究仍存在较多争议,更为深入仔细的研究工作仍然需要.应用前景方面,虽然铑基催化剂对该反应具有较高的低碳醇选择性(尤其是乙醇)和较好的稳定性,但较低的反应活性及铑金属自身昂贵的价格很大程度上限制了其应用,具有工业应用价值的高效铑基催化剂仍有待开发.     

负载型Ru催化剂在乙酰丙酸加氢制γ-戊内酯中的应用研究进展

生物质由于其储量丰富、来源广泛、价格低廉等优点,成为可再生燃料和化学品的主要来源。在众多的生物质基化学品中,γ-戊内酯(GVL)是一种重要的平台化合物,可由乙酰丙酸(LA)催化加氢制得。Ru催化剂在乙酰丙酸选择性加氢制备γ-戊内酯中具有良好的催化性能。对负载型Ru催化剂催化LA制备GVL的研究进展进行了总结。     

生物质热解制生物油及其提质研究现状

生物质能源作为可再生能源的重要组成部分,其综合高效利用在能源替代与补充、保护生态环境等方面具有重要的战略意义。生物油是生物质通过热裂解技术获得的液体产物,具有能量密度较高、环境友好、可再生及可直接输送等优点,可替代传统化石燃料推广使用,解决日益严重的能源紧缺与环境污染等问题。生物质热解制油技术的开发与利用,已成为新世纪可持续能源研究领域的重要课题之一。总结了近年来生物质热解制油技术的主要研究进展,重点关注热解反应器、催化热解技术与生物油的提质利用方面的研究,介绍了碱金属、氧化物和分子筛3种生物质热解催化剂,以及乳化、催化加氢、催化裂解、催化酯化和重整制氢5种生物质提质方法,最后对生物质热解技术的现状及发展趋势进行了总结和概括。     

合成气制乙醇的研究进展

合成气催化合成乙醇工艺是具有较好经济效益的合成路线。本文简要介绍了合成气制乙醇的原理及工艺过程,重点介绍了合成气制乙醇催化剂的研究进展。并提出高效催化剂的开发和工艺技术的优化改进是未来科研工作者的研究重点。     

助剂对煤基合成气甲烷化反应用镍基催化剂的促进作用

助剂促进的合成气甲烷化反应用镍基催化剂具有反应活性高、使用寿命长以及甲烷选择性高等优点,被广泛应用于煤基合成气甲烷化制替代天然气反应中。本文重点介绍了贵金属、碱土金属、稀土金属以及过渡金属助剂等对活性镍基催化剂的分散度、还原度、双金属合金协同效应、镍基催化剂结构稳定性及其对合成气甲烷化反应速率和产物选择性的影响。较系统地分析了这些助剂改性镍基催化剂的作用机制。提出了非贵金属助剂以及复合助剂将是合成气甲烷化用镍基催化剂助剂研发的发展方向,旨在为煤基合成气制替代天然气甲烷化催化剂的研发提供借鉴和参考。     

甲烷与二氧化碳重整制合成气Ni与Co基催化剂的研究进展

综述了助剂、载体与催化剂制备方法对Ni基催化剂、Co基催化剂、Ni-Co基催化剂上甲烷与二氧化碳重整制合成气催化性能的影响,以及甲烷与二氧化碳重整催化反应机理的研究,展望了催化剂未来的发展方向。     

二氧化碳转化为合成气及高附加值产品的研究进展

由于二氧化碳（CO₂）过度排放导致全球变暖日益严峻,发展零碳技术已成为人类社会面向可持续发展的战略选择。将CO₂捕集并转化为高附加值化学和能源产品,可以优化化石能源为主体的能源结构、有效缓解环境问题,并实现碳资源的充分利用,是一项可以大规模实现低碳减排的技术。本文重点介绍了CO₂高效利用新途径,通过二氧化碳-合成气-高附加值化学品的产品工艺路线,实现CO₂的资源化利用。对比综述了热催化法、电催化法和光催化法高效转化合成气的最新进展,总结了热、电、光催化制备合成气过程中催化剂的设计原理和方法以及目前工业化应用前景;简单概述了合成气作为重要平台分子,进一步通过费托合成路线或接力催化路线转化为低碳烯烃和液态燃料或芳烃等化学品过程中催化剂设计研究进展。最后,总结了大规模工业化CO₂转化为合成气及高附加值产品过程催化剂设计和反应器优化的技术难题,并对未来CO₂高效转化利用方向进行了展望。同时指出目前各技术还普遍存在反应机理不清晰、催化剂成本高以及缺乏大规模合成等问题,未来开发出高效、高活性、低成本且稳定的催化剂是各技术推广应用的关键。     

ZSM-5催化剂与低温等离子体协同转化H2S-CO2制合成气

将H₂S和CO₂混合酸气一步转化制合成气,既实现了二者无害化处理,又生产出合成气,是一条理想的废气资源化利用新路线。由于分子结构稳定,在常规条件下因受热力学平衡限制,二者转化率极低。而在低温等离子体中,H₂S和CO₂可被激发为高活性物种来参与反应。研究了具有不同Si/Al摩尔比的ZSM-5催化剂与低温等离子体结合实现H₂S-CO₂一步高选择性制合成气,显著提高了H₂S-CO₂转化性能。考察了ZSM-5催化剂中Si/Al比和低温等离子体放电条件等对反应的影响。其中,当Si/Al比为80时表现出最优催化性能,最高H₂和CO产率分别达到56.1%和10.0%。对常规条件和低温等离子体氛围下的不同ZSM-5催化剂上CO₂、H₂S、CO、H₂等化学吸脱附行为进行了对比研究,发现低温等离子体促进了催化剂对CO₂、H₂及CO分子的吸附活化,进而明显提升了H₂S和CO₂转化。     

水热合成rGO负载的MoS2催化剂及其催化蒽加氢性能

采用水热法制备了一系列还原氧化石墨烯（rGO）负载的MoS₂催化剂（MoS₂/rGO）。通过SEM、XRD、EDX、拉曼光谱、HRTEM等手段表征了不同钼源制备的MoS₂/rGO催化剂中MoS₂的堆积层数、片层尺寸、分散性等纳米结构。表征结果显示水热法可以成功地将MoS₂高分散、均匀地负载在rGO表面,且可以通过调控钼源种类调变MoS₂/rGO催化剂中MoS₂催化加氢活性位。采用蒽作为重质油模型化合物评价了MoS₂/rGO催化剂的催化加氢性能,结果表明以四硫代钼酸铵为钼源水热法制备的MoS₂/rGO-ATTM催化剂蒽加氢率和八氢蒽选择性分别是浸渍法制备IM-MoS₂/rGO催化剂的2.0倍和4.2倍。MoS₂/rGO催化剂的催化加氢活性与比表面积无关,主要取决于其上MoS₂纳米片的堆积层数和片层长度。MoS₂/rGO-ATTM催化剂的高催化加氢活性可以归结于其上MoS₂纳米片的高催化加氢活性位暴露量、催化剂的高分散性和高悬浮性。     

热增强的光催化二氧化碳还原技术

利用太阳光驱动二氧化碳（CO₂）催化转化合成燃料是缓解能源危机和降低温室效应的理想途径。然而,当前面临的主要挑战在于CO₂固有的化学稳定性使得光催化反应的转化效率低下。热量被认为是促进催化转化反应过程的重要推动力,可以有效提升光催化转化的效率。本文综述了不同形式的热增强光催化在CO₂还原生产燃料方面的应用,包括外加热源的光催化CO₂还原、光热效应促进的光催化CO₂还原以及等离激元增强的光催化CO₂还原体系。文章指出：热增强的光催化技术继承了光催化的高选择性和热催化的高反应活性的优势,实现了CO₂还原反应的高效进行。具体分析如下：外加热源主要通过直接加热装置或者聚焦太阳光能实现,产物的生成效率明显增强,选择性影响不大;光热效应发挥着局部提高催化剂反应温度的作用,使能量利用效率更高,大幅度降低CO₂还原反应所需的能量;等离激元效应除了发挥光热效应的作用,同时兼备增强光吸收、促进载流子分离和加速表面反应动力学的作用。文章最后指出,通过对反应机理进行深度研究,合理调控反应体系的反应条件,将极大促进热增强的光催化CO₂还原技术发展,为CO₂利用提供有效手段。     

Highly effective conversion of carbon dioxide to valuable compounds on composite catalysts

The highly effective catalytic conversion of CO₂ into valuable compounds was investigated by multi-functional catalysts composed of base-metal oxides as the main components promoted by a low concentration of precious metals and gallium oxide. The desired reduced state of catalyst metal oxides for exhibiting the optimum catalytic performance could be controlled by both the hydrogen spillover on the precious metal parts and the inverse-spillover from the Ga parts. By applying those principal concepts in the catalyst structure-design, the rapid CO₂ reforming of methane, the rapid CO₂ methanation, the effective synthesis of methanol and/or ethanol from CO₂ and H₂, and selective syntheses of high quality gasoline and/or light olefins by means of one-pass conversion of CO₂-H₂ mixture via methanol as the intermediate product, were respectively realized. Those novel catalytic reactions would have a high potential to moderate the accumulation of CO₂ come from fossil fuel combustion, while compensating the cost of hydrogen as the reducing reagent.     

Performance characteristics of fluidized bed syngas methanation over Ni-Mg/Al2O3 catalyst

The performance characteristics of isothermal fluidized bed syngas methanation for substitute natural gas are investigated over a self-made Ni–Mg/Al2O3 catalyst. Via atmospheric methanation in a laboratory fluidized bed reactor it was clarified that the CO conversion varied in 5% when changing the space velocity in 40–120 L·g?1·h?1 but the conversion increased obviously by raising the superficial gas velocity from 4 to 12.4 cm·s?1. The temperature at 823 K is suitable for syngas methanation while obvious deposition of uneasy-oxidizing Cγoccurs on the catalyst at temperatures around 873 K. From a kinetic aspect, the lowest reaction temperature is suggested to be 750 K when the space velocity is 60 L·g?1·h?1. Raising the H2/CO ratio of the syngas increased proportionally the CO conversion and CH4 selectivity, showing that at enough high H2/CO ratios the active sites on the catalyst are sufficient for CO adsorption and in turn the reaction with H2 for forming CH4. Introducing CO2 into the syngas feed suppresses the water gas shift and Boudouard reactions and thus increased H2 consumption. The ratio of CO2/CO in syngas should be better below 0.52 because varying the ratio from 0.52 to 0.92 resulted in negligible increases in the H2 conversion and CH4 selectivity but decreased the CH4 yield. Introducing steam into the feed gas affected little the CO conversion but decreased the selectivity to CH4. The tested Ni–Mg/Al2O3 catalyst manifested good stability in structure and activity even in syngas containing water vapor.     

镧铈复合氧化物修饰的Cu-Co合金催化剂用于合成气直接制乙醇

Cu-Co双金属的结构和组成决定了其催化合成气直接制乙醇的性能。通过柠檬酸络合辅助的等体积浸渍法制备了ZrO₂负载的钙钛矿型复合氧化物La_0.95Ce_0.05Co_0.7Cu_0.3O₃,经原位还原,得到了La-Ce-O掺杂的ZrO₂担载的Cu-Co双金属催化剂。结果表明,催化剂中活性组分以Cu-Co合金的形式存在,且Cu-Co合金高度分散于载体表面,而La-Ce-O以复合氧化物的形式存在。该催化剂用于合成气直接制乙醇,在温度为280℃,压力为4 MPa,空速为3 900 mL·（g·h）^-1,V（H₂）∶V（CO）∶V（N₂）=8∶4∶1的反应条件下,CO转化率为9%,总醇的选择性为29.7%,总醇中乙醇的选择性为63.5%,具有优良的催化性能。     

铁基氧载体化学链CO2重整CH4方法制备合成气

提出一种铁基氧载体（Fe₃O₄/FeO）化学链CO₂重整CH₄方法制备合成气。为评价该系统的性能,采用Aspen Plus软件对其进行过程模拟和热力学分析。以CH₄转化率、CO₂转化率、能源利用效率和产气氢碳比（H₂/CO）为评价指标,得到系统的优化运行条件,并研究各操作参数（包括各反应器的温度和压力、氧载体甲烷比和CO₂甲烷比）对系统性能的影响。结果表明：当系统处于优化工况时,得到CH₄转化率为97.91%、CO₂转化率为32.76%、能源利用效率为93.77%及产气氢碳比为0.93。该系统能有效利用CO₂和CH₄这两种温室气体获得较低氢碳比的合成气,利于二甲醚的高效合成。     

Cu/ZnO/Zn-Al水滑石催化剂的制备及在富CO_2合成气制甲醇反应中的催化性能

传统Cu/ZnO/Al_2O_3(CZA)甲醇合成催化剂在富CO_2合成气制甲醇反应中的性能不高。为了提高CZA催化剂的性能,采用并流沉淀-水热老化法制备Zn-Al水滑石(Zn-Al-HT)载体,与Cu-Zn母体复合得到Cu-ZnO/Zn-Al-HT(HCZA)催化剂。对载体以及催化剂进行表征,考察不同水滑石含量的HCZAx(x=1~4)催化剂在富CO_2合成气制甲醇反应中的催化性能,并在HCZA3催化剂上进行120h稳定性试验。结果表明,还原态催化剂上Cu比表面积越大,催化剂上总碳转化率越高;催化剂中Zn-Al-HT相含量越高,液相有机相中甲醇含量越高;HCZA3催化剂具有良好的催化稳定性。     

Methanation of carbon dioxide: an overview

Although being very challenging, utilization of carbon dioxide (CO₂) originating from production processes and flue gases of CO₂-intensive sectors has a great environmental and industrial potential due to improving the resource efficiency of industry as well as by contributing to the reduction of CO₂ emissions. As a renewable and environmentally friendly source of carbon, catalytic approaches for CO₂ fixation in the synthesis of chemicals offer the way to mitigate the increasing CO₂ buildup. Among the catalytic reactions, methanation of CO₂ is a particularly promising technique for producing energy carrier or chemical. This article focuses on recent developments in catalytic materials, novel reactors, and reaction mechanism for methanation of CO₂.