化学学报 ›› 2023, Vol. 81 ›› Issue (1): 14-19.DOI: 10.6023/A22070329 上一篇 下一篇
研究论文
陈治平a,b,*(), 孟永乐a, 芦静a, 周文武a,b,*(), 杨志远a,b, 周安宁a,b
投稿日期:
2022-07-23
发布日期:
2022-12-19
基金资助:
Zhiping Chena,b(), Yongle Menga, Jing Lua, Wenwu Zhoua,b(), Zhiyuan Yanga,b, Anning Zhoua,b
Received:
2022-07-23
Published:
2022-12-19
Contact:
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合成气经费托合成反应直接制低碳烯烃是极具开发前景的合成气直接制烯烃技术, 其关键是通过产物分布的调控提高低碳烯烃的选择性. 本工作将疏水性Fe基费托合成催化剂与SAPO-34分子筛进行复合, 制备了一系列不同SAPO-34分子筛含量的Fe@Si/S-34复合催化剂. 采用X射线衍射、扫描电子显微镜、N2吸附-脱附、NH3程序升温脱附和水接触角测量仪考察了SAPO-34分子筛含量对催化剂物化性质的影响. 结果表明SAPO-34分子筛的含量对催化剂的表面积、孔体积、酸性和疏水性具有显著的影响. 随着SAPO-34分子筛含量的增加, 催化剂的比表面积和总孔体积增加, 弱酸和中强酸位点增加, 疏水性减弱. 催化性能评价结果表明, Fe@Si/S-34复合催化剂明显降低了C5+产物选择性, 增加了C2~C4烃类的选择性, 适量的SAPO-34分子筛能够显著提高C2~C4烯烃的选择性. 本研究将Fe@Si催化剂的疏水性和SAPO-34分子筛对C5+烃的裂解活性耦合在一起, 在抑制水煤气变换(WGS)反应, 降低CO2选择性的同时获得较高的C2~C4烯烃选择性, 为费托合成制烯烃催化剂的研制提供了一条新的策略.
陈治平, 孟永乐, 芦静, 周文武, 杨志远, 周安宁. Fe@Si/S-34催化剂的制备及其合成气制烯烃性能[J]. 化学学报, 2023, 81(1): 14-19.
Zhiping Chen, Yongle Meng, Jing Lu, Wenwu Zhou, Zhiyuan Yang, Anning Zhou. Preparation of Fe@Si/S-34 Catalysts and Its Catalytic Performance for Syngas to Olefins[J]. Acta Chimica Sinica, 2023, 81(1): 14-19.
Sample | SBET/ (m2•g-1) | Smic/ (m²•g-1) | Sext/ (m²•g-1) | Vt/ (cm³•g-1) | Vmic/ (cm³•g-1) | Vmes/ (cm³•g-1) |
---|---|---|---|---|---|---|
Fe@Si | 4.06 | 1.75 | 2.31 | 0.019 | 0.001 | 0.018 |
Fe@Si/S-34-1 | 174.11 | 170.23 | 3.87 | 0.118 | 0.084 | 0.033 |
Fe@Si/S-34-2 | 228.42 | 214.92 | 13.49 | 0.144 | 0.106 | 0.038 |
Fe@Si/S-34-3 | 308.81 | 302.64 | 6.17 | 0.176 | 0.149 | 0.027 |
Sample | SBET/ (m2•g-1) | Smic/ (m²•g-1) | Sext/ (m²•g-1) | Vt/ (cm³•g-1) | Vmic/ (cm³•g-1) | Vmes/ (cm³•g-1) |
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Fe@Si | 4.06 | 1.75 | 2.31 | 0.019 | 0.001 | 0.018 |
Fe@Si/S-34-1 | 174.11 | 170.23 | 3.87 | 0.118 | 0.084 | 0.033 |
Fe@Si/S-34-2 | 228.42 | 214.92 | 13.49 | 0.144 | 0.106 | 0.038 |
Fe@Si/S-34-3 | 308.81 | 302.64 | 6.17 | 0.176 | 0.149 | 0.027 |
催化剂 | CO转化率/% | CO2 选择性/% | 烃分布/% | C2=~C4= 收率/% | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
CH4 | C2=~C4= | C20~C40 | C5+ | ||||
FeMnK/S-34a[ | 86.3 | 28.1 | 14.9 | 23.8 | 5.8 | 55.5 | 14.8 |
FeMnNab[ | 64.3 | 54.8 | 40.1 | 35.0 | 13.4 | 11.5 | 10.2 |
FeMnNa/S-34b[ | 64.1 | 45.1 | 33.1 | 40.3 | 11.2 | 15.4 | 14.2 |
FeZnNa/S-34c[ | 92.6 | 54.6 | 15.9 | 38.6 | 9.2 | 36.3 | 17.8 |
FeKS/S-34d[ | 45.8 | 48.7 | 14.0 | 39.1 | 7.7 | 36.3 | 17.9 |
Fe@Si/S-34-2e | 80.0 | 7.2 | 20.7 | 34.2 | 27.6 | 17.5 | 24.9 |
催化剂 | CO转化率/% | CO2 选择性/% | 烃分布/% | C2=~C4= 收率/% | |||
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CH4 | C2=~C4= | C20~C40 | C5+ | ||||
FeMnK/S-34a[ | 86.3 | 28.1 | 14.9 | 23.8 | 5.8 | 55.5 | 14.8 |
FeMnNab[ | 64.3 | 54.8 | 40.1 | 35.0 | 13.4 | 11.5 | 10.2 |
FeMnNa/S-34b[ | 64.1 | 45.1 | 33.1 | 40.3 | 11.2 | 15.4 | 14.2 |
FeZnNa/S-34c[ | 92.6 | 54.6 | 15.9 | 38.6 | 9.2 | 36.3 | 17.8 |
FeKS/S-34d[ | 45.8 | 48.7 | 14.0 | 39.1 | 7.7 | 36.3 | 17.9 |
Fe@Si/S-34-2e | 80.0 | 7.2 | 20.7 | 34.2 | 27.6 | 17.5 | 24.9 |
[1] |
Zhao, S.; Li, H.; Wang, B.; Yang, X.; Peng, Y.; Du, H.; Zhang, Y.; Han, D.; Li, Z. Fuel 2022, 321, 124124.
doi: 10.1016/j.fuel.2022.124124 |
[2] |
Qi, Z.; Gao, F.; Zhou, C.; Zeng, Y.; Wu, Q.; Yang, L.; Wang, X.; Hu, Z. Acta Chim. Sinica 2022, 80, 1100. (in Chinese)
doi: 10.6023/A22030139 |
( 齐志豪, 高福杰, 周常楷, 曾誉, 吴强, 杨立军, 王喜章, 胡征, 化学学报, 2022, 80, 1100.)
doi: 10.6023/A22030139 |
|
[3] |
Liu, Z.; Ni, Y.; Hu, Z.; Fu, Y.; Fang, X.; Jiang, Q.; Chen, Z.; Zhu, W.; Liu, Z. Chinese J. Catal. 2022, 43, 877.
doi: 10.1016/S1872-2067(21)63908-6 |
[4] |
Chen, Z.; Zhang, Z.; Zhou, W.; Yang, Z.; Zhou, A. J. Fuel Chem. Technol. 2022, 50, 1381. (in Chinese)
|
( 陈治平, 张智, 周文武, 杨志远, 周安宁, 燃料化学学报, 2022, 50, 1381.)
|
|
[5] |
Sun, D.; Sun, B.; Pei, Y.; Yan, S.; Fan, K.; Qiao, M.; Zhang, X.; Zong, B. Acta Chim. Sinica 2021, 79, 771. (in Chinese)
doi: 10.6023/A20120563 |
( 孙冬, 孙博, 裴燕, 闫世润, 范康年, 乔明华, 张晓昕, 宗保宁, 化学学报, 2021, 79, 771.)
doi: 10.6023/A20120563 |
|
[6] |
Cheng, K.; Kang, J.; King, D.; Subramanian, V.; Zhou, C.; Zhang, Q.; Wang, Y. Adv. Catal. 2017, 60, 125.
|
[7] |
Li, Y.; Zhang, X.; Wei, M. Chinese J. Catal. 2018, 39, 1329.
doi: 10.1016/S1872-2067(18)63100-6 |
[8] |
Hondo, E.; Lu, P.; Zhang, P.; Li, J.; Tsubaki, N. J. Jpn. Petrol. Inst. 2020, 63, 239.
doi: 10.1627/jpi.63.239 |
[9] |
Zhai, P.; Li, Y.; Wang, M.; Liu, J.; Cao, Z.; Zhang, J.; Xu, Y.; Liu, X.; Li, Y.; Zhu, Q.; Xiao, D.; Wen, X.; Ma, D. Chem 2021, 7, 3027.
doi: 10.1016/j.chempr.2021.08.019 |
[10] |
Wang, D.; Chen, B.; Duan, X.; Chen, D.; Zhou, X. J. Energy Chem. 2016, 25, 911.
doi: 10.1016/j.jechem.2016.11.002 |
[11] |
Masudi, A.; Jusoh, N.; Muraza, O. Catal. Sci. Technol. 2020, 10, 1582.
doi: 10.1039/C9CY01875A |
[12] |
Jiao, F.; Li, J.; Pan, X.; Xiao, J.; Li, H.; Ma, H.; Wei, M.; Pan, Y.; Zhou, Z.; Li, M.; Miao, S.; Li, J.; Zhu, Y.; Xiao, D.; He, T.; Yang, J.; Qi, F.; Fu, Q.; Bao, X. Science 2016, 351, 1065.
doi: 10.1126/science.aaf1835 |
[13] |
Liu, Z. Acta Phys. Chim. Sin. 2016, 32, 803. (in Chinese)
doi: 10.3866/PKU.WHXB2016032801 |
( 刘忠范, 物理化学学报, 2016, 32, 803.)
|
|
[14] |
Liu, J.; Song, Y.; Guo, X.; Song, C.; Guo, X. Chinese J. Catal. 2022, 43, 731.
doi: 10.1016/S1872-2067(21)63802-0 |
[15] |
Yang, X.; Guo, X.; Zhang, C.; Wang, X.; Yang, Y.; Li, Y. Acta Chim. Sinica 2017, 75, 360. (in Chinese)
doi: 10.6023/A16100549 |
( 杨向平, 郭晓雪, 张成华, 王小萍, 杨勇, 李永旺, 化学学报, 2017, 75, 360.)
doi: 10.6023/A16100549 |
|
[16] |
Fellenz, N.; Bengoa, J.; Cagnoli, M.; Marchetti, S. J. Porous Mat. 2017, 24, 1025.
doi: 10.1007/s10934-016-0342-5 |
[17] |
Yu, X.; Zhang, J.; Wang, X.; Ma, Q.; Gao, X.; Xia, H.; Lai, X.; Fan, S.; Zhao, T. Appl. Catal. B-Environ. 2018, 232, 420.
doi: 10.1016/j.apcatb.2018.03.048 |
[18] |
Xu, Y.; Li, X.; Gao, J.; Wang, J.; Ma, G.; Wen, X.; Yang, Y.; Li, Y.; Ding, M. Science 2021, 371, 610.
doi: 10.1126/science.abb3649 |
[19] |
Karre, A.; Dadyburjor, D. Chem. Eng. Commun. 2022, 209, 967.
doi: 10.1080/00986445.2021.1935252 |
[20] |
Cai, Z. M.S. Thesis, Zhejiang university, Hangzhou, 2017. (in Chinese)
|
( 蔡正才, 硕士论文, 浙江大学, 杭州, 2017.)
|
|
[21] |
Qiu, T.; Wang, L.; Lv, S.; Sun, B.; Zhang, Y.; Liu, Z.; Yang, W.; Li, J. Fuel 2017, 203, 811.
doi: 10.1016/j.fuel.2017.05.043 |
[22] |
Di, Z.; Zhao, T.; Feng, X.; Luo, M. Catal. Lett. 2019, 149, 441.
doi: 10.1007/s10562-018-2624-9 |
[23] |
Cheng, K.; Gu, B.; Liu, X.; Kang, J.; Zhang, Q.; Wang, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 4725.
doi: 10.1002/anie.201601208 pmid: 26961855 |
[24] |
Liu, X.; Zhou, W.; Yang, Y.; Cheng, K.; Kang, J.; Zhang, L.; Zhang, G.; Min, X.; Zhang, Q.; Wang, Y. Chem. Sci. 2018, 9, 4708.
doi: 10.1039/C8SC01597J |
[25] |
Zhang, S.; Wen, Z.; Yang, L.; Duan, C.; Lu, X.; Song, Y.; Ge, Q.; Fang, Y. Micropor. Mesopor. Mater. 2019, 274, 220.
doi: 10.1016/j.micromeso.2018.08.001 |
[26] |
Yang, M.; Tian, P.; Wang, C.; Yuan, Y.; Yang, Y.; Xu, S.; He, Y.; Liu, Z. ChemComm 2014, 50, 1845.
|
[27] |
Tong, M.; Chizema, L.; Chang, X.; Hondo, E.; Dai, L.; Zeng, Y.; Zeng, C.; Ahmad, H.; Yang, R.; Lu, P. Micropor. Mesopor. Mater. 2021, 320, 111105.
doi: 10.1016/j.micromeso.2021.111105 |
[28] |
Shi, L.; Li, D.; Hou, B.; Sun, Y. Chinese J. Catal. 2007, 28, 999.
doi: 10.1016/S1872-2067(07)60084-9 |
[29] |
Vatanpour, V.; Esmaeili, M.; Chahvari, S.; Masteri, M. J. Environ. Chem. Eng. 2021, 9, 105900.
doi: 10.1016/j.jece.2021.105900 |
[30] |
Junaidi, M.; Leo, C.; Ahmad, A.; Ahmad, N. Micropor. Mesopor. Mater. 2015, 206, 23.
doi: 10.1016/j.micromeso.2014.12.013 |
[31] |
Hou, Y. M.S. Thesis, Shaanxi Normal University, Xi'an, 2020. (in Chinese)
|
( 候屹峰, 硕士论文, 陕西师范大学, 西安, 2020.)
|
|
[32] |
Wang, H. Ph.D. Dissertation, Tianjin university, Tianjin, 2019. (in Chinese)
|
( 王洪宇, 博士论文, 天津大学, 天津, 2019.)
|
|
[33] |
Tong, A.; Dan, D.; Yi, C. Chem. Res. Chin. Univ. 2017, 33, 672.
doi: 10.1007/s40242-017-6316-6 |
[34] |
Li, J.; Pan, X.; Bao, X. Chinese J. Catal. 2015, 36, 1131.
doi: 10.1016/S1872-2067(14)60297-7 |
[35] |
Tan, L.; Wang, F.; Zhang, P.; Suzuki, Y.; Wu, Y.; Chen, J.; Yang, G.; Tsubaki, N. Chem. Sci. 2020, 11, 4097.
doi: 10.1039/c9sc05544d pmid: 34122875 |
[1] | 齐志豪, 高福杰, 周常楷, 曾誉, 吴强, 杨立军, 王喜章, 胡征. 氮掺杂碳纳米笼固载钌纳米粒子的费托合成性能[J]. 化学学报, 2022, 80(8): 1100-1105. |
[2] | 孙冬, 孙博, 裴燕, 闫世润, 范康年, 乔明华, 张晓昕, 宗保宁. 壳层厚度对骨架Fe@HZSM-5核壳催化剂费托合成催化性能的影响[J]. 化学学报, 2021, 79(6): 771-777. |
[3] | 杨向平, 郭晓雪, 张成华, 王小萍, 杨勇, 李永旺. 金属有机骨架材料Fe-MIL-100诱导的铁基费托催化剂的合成及催化性能研究[J]. 化学学报, 2017, 75(4): 360-366. |
[4] | 吕金钊, 胡仁之, 卓欧, 许波连, 杨立军, 吴强, 王喜章, 范以宁, 胡征. 制备方法对Fe/NCNTs催化剂结构及费托反应性能的影响[J]. 化学学报, 2014, 72(9): 1017-1022. |
[5] | 王传明, 王仰东, 刘红星, 谢在库, 刘智攀. SAPO-34分子筛中甲基萘催化甲醇制烯烃反应的第一性原理研究[J]. 化学学报, 2010, 68(22): 2312-2318. |
[6] | 高志华 黄伟 阴丽华 王将永 谢克昌. Cu-Zn-Al-Zr合成二甲醚浆状催化剂的完全液相制备及表征[J]. 化学学报, 2008, 66(3): 295-300. |
[7] | 胡胜,肖成建,朱祖良,罗顺忠,王和义,罗阳明,任兴碧. 氢水液相交换反应用高分散度Pt/C/FN疏水催化剂制备及Pt粒径效应研究[J]. 化学学报, 2007, 65(22): 2515-2521. |
[8] | 杨文书,房鼎业,相宏伟,李永旺. 钍含量对Co/HMS催化剂结构和费托合成的影响[J]. 化学学报, 2005, 63(2): 157-162. |
[9] | 王琪, 陈爱平, 谢春芳, 郑泉兴, 方维平, 袁友珠, 张鸿斌, 杨意泉. 高硫化氢合成气制甲硫醇新型钼基催化剂研究[J]. 化学学报, 2004, 62(23): 2297-2302. |
[10] | 翁维正, 罗春容, 李建梅, 刘颖, 林海强, 黄传敬, 万惠霖. Ir/SiO2上甲烷部分氧化制合成气反应的原位时间分辨红外和原位Raman光谱表征[J]. 化学学报, 2004, 62(18): 1853-1857. |
[11] | 王君霞,刘延,程铁欣,咸漠,李文兴,毕颖丽,甄开吉. 磁铅石型复合氧化物LaNi_xCo_(1-x)Al_(11)O_(19+δ)催化剂上CH_4和CO_2重整反应的研究[J]. 化学学报, 2002, 60(7): 1197-1202. |
[12] | 孙科强,徐柏庆,朱起明,翁维正,万惠霖. Rh/SiO~2和Rh/NaY催化剂上合成气反应的高压原位 红外光谱研究[J]. 化学学报, 2001, 59(1): 22-27. |
[13] | 夏文生,汪海有,万惠霖,张乾二. 合成气(CO+H~2)在Ni, Cu及Ni-Cu合金上甲烷化反应的键级守恒法能学研究[J]. 化学学报, 1998, 56(8): 773-779. |
[14] | 严前古,高利珍,储伟,于作龙,远松月. 甲烷部分氧化制合成气Pt-Ni/Al~2O~3催化剂的研究[J]. 化学学报, 1998, 56(10): 1021-1026. |
[15] | 王军科,胡云行,翁维正,郑标练,万惠霖. Ni基催化剂上CH~4部分氧化反应的研究[J]. 化学学报, 1996, 54(9): 869-873. |
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