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非负载型铁催化剂上二氧化碳加氢制低碳烯烃的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 二氧化碳的转化

1.2.1 二氧化碳的化学转化

1.2.2 二氧化碳的光催化转化

1.2.3 二氧化碳的电化学转化

1.2.4 二氧化碳的生物转化

1.3 二氧化碳加氢制低碳烯烃的研究进展

1.3.1 二氧化碳分子的活化

1.3.2 二氧化碳加氢制低碳烯烃的热力学分析

1.3.3 二氧化碳加氢制低碳烯烃的反应机理

1.3.4 二氧化碳加氢制低碳烯烃催化剂的研究

1.4 论文的构思与目的

1.5 论文的组成与概要

第二章 实验部分

2.1 原料和试剂

2.2 催化剂的制备

2.3 催化剂的测试

2.4 反应性能评价及计算方法

2.4.1 反应装置及性能评价实验

2.4.2 该合成反应中产物的分析

2.4.3 该合成反应中结果的计算方法

2.5 催化剂的表征

2.5.1 X射线粉末衍射(XRD)

2.5.2 程序升温还原(H2-TPR)

2.5.3 高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)

2.5.4 低温N2物理吸附

2.5.5 CO2化学吸附

2.5.6 X射线光电子能谱(XPS)

第三章 非负载型铁催化剂上二氧化碳加氢制低碳烯烃的催化性能

3.1 引言

3.2 结果与讨论

3.2.1 不同碱金属修饰的铁催化剂的性能

3.2.2 不同K含量修饰的铁催化剂的性能

3.2.3 不同K盐修饰的铁催化剂的性能

3.2.4 B修饰的钾铁催化剂的性能

3.2.5 贵金属修饰的钾铁催化剂的性能

3.3 本章小结

第四章 催化剂结构的表征及与性能的联系

4.1 引言

4.2 结果与讨论

4.2.1 XRD结果

4.2.2 低温N2物理吸附

4.2.3 CO2化学吸附

4.2.4 高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)结果

4.2.5 X射线光电子能谱

4.2.6 H2-TPR结果

4.3 小结

第五章 结论

参考文献

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致谢

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摘要

利用二氧化碳作为原料合成化学品和液体燃料是减少二氧化碳排放的有效途径之一。关于这方面的研究已经引起了广泛的关注。另一方面,低碳烯烃是制造塑料、化妆品和药品最关键的基础原料。传统上,C2-G4烯烃是由蒸汽裂解石脑油而制得,但是全球石油资源日益枯竭,同时人类又面临日益严峻的环境问题,因此利用二氧化碳作为原料直接合成低碳烯烃,不仅有助于缓解二氧化碳排放增长所引起的全球气候变化问题,同时也减少了人类对化石资源的依赖。
   本论文在非负载型铁催化剂上开展了二氧化碳加氢制低碳烯烃反应的研究。结果显示,添加碱金属可显著提高铁催化剂上CO2转化率和烯烃选择性。在经5wt%K修饰的Fe催化剂上,在2MPa,340℃的反应条件下,CO2转化率可达约40%,烯烃选择性达到50%以上,其中C2-C4烯烃收率超过10%。催化剂表征结果表明,碱金属促进了催化剂中碳化铁的生成,而该促进作用可能是催化剂性能提高的一个关键原因。针对K修饰Fe催化剂的研究发现,K含量也是影响催化性能的重要因素。随K含量由1wt%增加至5wt%,CO2转化率及烯烃选择性均升高。但K含量过高,催化剂活性降低。这可能是由于催化剂比表面积和CO2化学吸附量降低的缘故。K含量在5~10wt%时,K-Fe催化剂显示较好的烯烃收率。在K-Fe催化剂中添加适量的B可进一步改善烯烃选择性而不显著降低CO2的转化率。当B的含量由0.5wt%增加至5wt%时,C2-C4烯烃选择性由34%增加到52%,在1.0wt%B-5.0wt%K+-Fe催化剂上,C2-C4烯烃选择性为40%,收率达到12%。

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