掺杂和部分石墨化的中孔碳负载钴、钌催化剂及费-托合成反应性能

Fischer-Tropsch synthesis (FTS) is an important technology for the production of clean transportation fuels and chemicals from syngas (CO + H2). Catalytic process is the most important part of Fischer-Tropsch synthesis. The preparation of catalyst with high activity, stability and good selectivity is of critical importance. In this project, the cobalt/ruthenium catalysts with uniform metal partical size will be prepared using nitrogen/boron/Phosphorus-doped and partially graphitised ordered mesoporous carbons as supports. The catalysts will be characterized using TEM, XRD, TPR, XPS, Raman, NH3-TPD and N2 adsorption-desorption. The properties of the catalyst and supports including the degree of graphitization, pore structure, the acidity of the surface, the doping amount of nitrogen/boron/Phosphorus, embedment of different metal oxide within the carbon lattice，particle size, reduction method,the interaction of metal with the support and the relationship between catalyst's structure and the catalysis property will be studied.

费-托合成是由合成气制备洁净液体燃料和高附加值化学品的最有效方法之一，费-托合成的核心是催化剂技术，因而研究高活性、合理选择性、稳定性好的新型催化剂是费-托合成技术研究的重要内容。本项目拟采用氮、硼、磷掺杂和部分石墨化的中孔碳，以及ZrO2、TiO2、CeO2、La2O3助剂嵌入的中孔碳为载体，负载颗粒尺寸均一的纳米金属钴、钌费-托合成催化剂，并利用TEM、XRD、Raman、XPS、NH3-TPD、TPR、N2物理吸附等方法对催化剂进行全方位的表征，分别从中孔碳载体的石墨化程度，氮、硼、磷掺杂量，助剂加入方法，载体的孔结构，表面的酸碱性，活性金属种类，位落、颗粒大小，还原方法，金属与载体之间的相互作用等方面探讨催化剂结构与催化性能之间的关系，深入了解碳载体性能对费-托合成的影响，为制备高活性、合理选择性、稳定性好的催化剂提供依据。

费-托合成技术可将煤、天然气或生物质等含碳资源经合成气转化为优质油品和高附加值化学品，是替代石油路线生产液体燃料和化学品的最佳途径之一，对解决环境和能源问题具有重要的意义。本项目针对费-托合成技术中催化剂制备展开研究，探讨了催化剂中载体的物理化学性质对催化剂费-托合成催化反应性能的影响。主要从碳载体的石墨化程度、掺杂、孔结构、载体表面的酸碱性、金属与载体之间的相互作用、活性金属种类，颗粒大小等方面，探讨催化剂结构与催化性能之间的关系，得到一些有意义的结果。随着碳载体石墨化程度的提高，钴物种与碳载体之间的作用力逐渐减弱，催化剂的还原温度减小，催化剂的还原度增加，费-托合成的反应活性逐渐增加，产物的选择性变化不大。以SBA-15负载的碳氮复合材料为载体制备的钴基催化剂，随着碳氮化合物含量的增加，钴物种的分散度增加，活性金属与载体之间的相互作用力增强，钴物种的还原温度增加，费-托合成反应产物中烯烃的选择性增大。在反应过程中催化剂保持了较好的稳定性。金属铝掺杂的分子筛载体负载的钴/钌催化剂，随着铝掺杂量的增加，载体的酸性增强，费-托合成反应中汽油段产物的选择性显著提高，酸性是影响产物选择性的关键因素。该项目的研究结果可为活性高、稳定性好、产物选择性可控的先进费-托合成催化剂的设计开发和工业化应用提供科学指导和理论依据。