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新型核-腔-壳Co/SiO2@void@ZSM-5纳米反应器构建及其协同催化合成气一步高选择性合成汽油

批准号:
22078243
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
李振花
依托单位:
学科分类:
能源化工
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李振花

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
合成气一步高选择性合成汽油是制约间接法煤制油工艺发展的关键技术瓶颈。费-托合成活性相与ZSM-5分子筛相耦合的核壳型催化剂,虽然能提高汽油段产物选择性,但存在反应相关分子在核外表面和壳层内部扩散受限制、Co与ZSM-5生成难还原物种导致活性下降等问题。本项目使用具有MOF结构的ZIF-67衍生制备ZIF-67/SiO2作为核的前驱体并在其外包覆SiO2层,高温碳化后再水热晶化形成ZSM-5壳层,通过碱刻蚀去除SiO2层在核与壳间形成空腔,构建新型核-腔-壳Co/SiO2@void@ZSM-5纳米反应器。基于介孔SiO2限域的丰富Co活性位、利于扩散的空腔和性能可调的ZSM-5壳层,能大大提升反应活性和汽油选择性。将探讨核、腔、壳功能区的作用机制及影响催化性能的关键结构因素,明确其对活性和汽油选择性的影响机制及Co活性位与ZSM-5酸性位的协同作用机制,为合成气一步高选择性合成汽油提供基础。
英文摘要
Highly selective catalytic one-step synthesis of gasoline from syngas is a key technical bottleneck for restricting the development of indirect coal-to-liquids process. Although the core-shell structure bifunctional catalyst combining the active phase for Fischer-Tropsch synthesis with ZSM-5 zeolite can improve the selectivity of gasoline products, there are some problems such as the diffusion of reaction related molecules on the outer surface of the core and inside the shell is restricted, the formation of hardly reducing species from Co and ZSM-5 interaction leads to the decrease of activity. In this project, ZIF-67/SiO2 derived from ZIF-67 with MOF structure was used as the precursor of the core Co/SiO2, which was covered with SiO2 layers. After high temperature carbonization, a ZSM-5 shell encircled ZIF-67/SiO2 was formed using hydrothermal crystallization method. A void space between the core and shell was formed by alkali etching the SiO2 layer between core and shell to construct a new type core-void-shell Co/SiO2@void@ZSM-5 nanoreactor. The abundant active Co sites confined by mesoporous silicon dioxide was used as the core, the void space favorable for diffusion and the ZSM-5 shell with adjustable performance could greatly improve the reaction activity and gasoline selectivity. The functional mechanism of core, void space and shell as well as the key structural factors affecting the catalytic performance will be discussed. The mechanism of their influence on the activity and gasoline selectivity and the synergistic effect of Co active site and ZSM-5 acid site will be clarified. This will provide the basis for one-step highly selective synthesis of gasoline from syngas.
以介孔材料为载体制备了一系列钴基催化剂,通过对催化剂进行表征阐释了其结构性能与其费-托合成反应性能之间的构效关系。围绕载体微环境、载体材料性质、金属-载体相互作用、钴活性位等探究了催化剂中影响钴物种行为如分散度、还原度和钴物相种类的关键因素,阐明了负载型钴基催化剂的载体微环境、载体材料性质、金属-载体相互作用调控对费-托反应性能的影响规律。利用具有MOF结构的ZIF-67衍生制备了高活性费-托合成催化剂,以Co/SiO2为核并通过在核外包覆SiO2层,经过碳化和焙烧处理后在核与壳之间形成空腔,构建了新型核-腔-壳结构的CVS-XAir纳米反应器;进一步通过调变制备工艺参数,实现了对壳层厚度、孔结构及核与壳之间空腔大小等结构的调变,获得了这些结构参数对费-托合成反应活性和汽油段产物选择性的影响规律;通过探讨核-腔-壳功能区的作用机制及影响催化性能的关键结构因素,明确了其对费-托合成反应活性和汽油选择性的影响机制及其协同作用机制;与传统负载型Co/SiO2催化剂和核壳型Co@SiO2催化剂相比,该纳米反应器的空腔强化了核与壳接触界面处的横向扩散并减少扩散阻力,大大提升了费-托合成反应活性和汽油段产物选择性;深入探讨了核-腔-壳结构CVS-XAir纳米反应器的形成机制,获得了核-腔-壳不同功能区的作用机制及影响催化性能的关键结构因素,明确了催化剂核-腔-壳之间的协同效应及功能匹配机制。研究结果为合成气一步高选择性稳定合成汽油段产物的催化剂设计制备与反应工艺提供了坚实的理论基础。
新型核-腔-壳Co/SiO2@void@ZSM-5纳米反应器构建及其协同催化合成气一步高选择性合成汽油
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    63万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    李振花
  • 依托单位:
钼基催化剂MoS2结构和尺寸调控及其对耐硫甲烷化性能的影响
  • 批准号:
    21576203
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    李振花
  • 依托单位:
等离子体制备高分散钴基费-托合成催化剂及其性能研究
  • 批准号:
    21076151
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    36.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    李振花
  • 依托单位:
等离子体技术对催化剂表面改性作用的研究
  • 批准号:
    20106013
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2001
  • 负责人:
    李振花
  • 依托单位:
国内基金
海外基金