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一文了解Cu/ZrO2催化剂制备方法及应用
2018月05月17日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:38
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氧化锆是常用的催化剂载体之一,是具有酸、碱性及氧化、还原性的金属氧化物,同时又是P型半导体,易产生空穴,可与活性组分产生较强的相互作用。因此以Cu/ZrO2为载体的过渡金属催化剂,可以代替部分昂贵的稀有贵金属,具有明显的经济效益。下面小编简要介绍Cu/ZrO2催化剂制备方法及应用。


一、Cu/ZrO2催化剂制备方法

Cu/ZrO2催化剂的制备方法主要有共沉淀法、浸渍法、沉淀沉积法、溶胶一凝胶法和微乳液法等。


1、共沉淀法

共沉淀法是同时将铜盐与锆盐溶液均匀混合,在沉淀剂的作用下进行共沉淀。然后将沉淀经过老化、洗涤、抽滤、干燥、焙烧和还原制得催化剂。通常所用的沉淀剂有NaOHNa2CO3NaHCO3NH3H2ONH4HCO3等。共沉淀法按照加料方式可以分为顺加法、反加法和并流法。

共沉淀法制备的Cu/ZrO2催化剂SEM图片


共沉淀法的优点是:可以制备得到纳米级的粒度和分子级的均匀混合程度,从而加大活性组分间的交互作用。在共沉淀法中,对共沉淀条件的控制是获得高活性催化剂的关键,主要有起始盐的种类、母液浓度、沉淀剂的种类及其用量、沉淀方式、沉淀温度、老化温度和时间、pH值和焙烧温度等。


2、浸渍法

浸渍法是将铜盐通过浸渍负载到已有的氧化锆载体上,然后经过干燥、焙烧和还原制得催化剂。载体的制备方法主要有普通沉淀法、高温老化法和溶胶、凝胶法等。


浸渍法制备Cu/ZrO2催化剂优点是:具有较高的比表面积,且可将氧化锆稳定在表面积较大的四方相。

浸渍法制备Cu/ZrO2催化剂SEM图片


3、沉淀沉积法

沉淀沉积法是将氧化锆载体加入到铜盐溶液中形成悬浊液后,在沉淀剂的作用下将铜沉淀到载体上。然后将沉淀经老化、洗涤、抽滤、干燥、焙烧和还原制得催化剂。


沉淀沉积法优点是:制备的Cu/ZrO2催化剂具有比表面积大,粒径分布均匀,粒子尺寸小的特点,其性能优于由共沉淀法和浸渍法所制备的组成相同的Cu/ZrO2催化剂。

沉淀沉积法Cu/ZrO2催化剂SEM图片


4、溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是将铜盐与锆盐在沉淀剂的作用下水解或醇解,制得水凝胶,然后在一定条件下将水凝胶转化为干凝胶或气凝胶。将水凝胶转化为干凝胶有两种方法:传统干燥法和超临界流体干燥法。


采用超临界流体干燥法优点是使乙醇在超临界条件下变为均一的流体。表面张力和毛细压力消除,阻止了凝胶的结构塌陷,凝胶的骨架得到保留,可以制备具有大的比表面积和孔体积Cu/ZrO2催化剂。


5、微乳液法

微乳液法制备Cu/ZrO2催化剂方法是以正己烷和硝酸铜的混合物为原料,在其中加入一定量的表面活性剂得到微乳液,在强烈搅拌下,正己烷、H2O和表面活性剂的摩尔比为2.720.220.06,然后将含锆盐的正丁醇溶液逐滴加入到上述微乳液中,强烈搅拌2 h后,将所得到的沉淀经过滤、洗涤、干燥、焙烧和还原得到Cu/ZrO2催化剂。


该法制备Cu/ZrO2催化剂的缺点是Cu含量最多只能达到16%


二、Cu/ZrO2催化剂应用

1CO/CO2加氢合成甲醇

Cu/ZrO2催化剂对甲醇合成反应具有良好的催化活性,Cu/ZrO2作为一种新型的甲醇合成催化剂,可用于CO/H2CO2/H2CO/CO2催化合成甲醇的反应。ZrO2可以吸附COCO2形成甲酸盐和碳酸氢盐等,它也可以解离吸附H2生成ZrOHZrH


Cu/ZrO2催化剂主要应用于合成气制甲醇、CO2加氢制甲醇等。

Cu/ZrO2催化剂应用于CO2加氢制甲醇


2、合成气制甲醇

醇类水蒸气重整反应是醇和水蒸气在催化剂的作用下生成H2COCO2的反应。因其可以用于燃料电池,特别是汽车电池而备受瞩目。


Cu/ZrO2催化剂中,铜、锆之间存在明显的水和氢物种“逆溢流”效应。该“逆溢流”效应不仅促进Cu/ZrO2体系中ZrO2表面吸附态氢物种的脱附,还有利于还原或反应条件下ZrO2表面吸附水和桥式羟基的去除,从而在较低的温度下生成丰富的氧阴离子和氧空穴活性位。


3、二乙醇胺脱氢

Cu/ZrO2应用于二乙醇胺脱氢制亚氨基二乙酸盐的催化反应中,产品收率可高达96%。


4、环己醇脱氢制环己酮

Cu/ZrO2对环己醇脱氢制备环己酮具有优异的催化性能,其环己酮单程收率可达85%,且具有良好的稳定性和较长的使用寿命。

 

参考文献:1、杨鹏程,蔡小海,谢有畅,共沉淀Cu/ZrO2复合氧化物分散态结构研究。

2、刘源,钟炳,彭少逸,铜基-氧化锆合成甲醇催化剂的研究进展。

3、师江柳,刘金尧,朱起明等,Cu/ZrO2超细粒子催化剂的制备和物性结构表征。

 

                                                     李波涛


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