分级多孔Cu/ZnO@H-MOR双功能核壳催化剂的构建及其催化二甲醚与合成气一步法制备乙醇性能研究

There are more and more interests in zeolite-coated metal oxide core-shell catalyst, because of its excellent performance from unique pore structure of zeolite and catalytic property of metal oxide. However, the reaction efficiency of traditional micropore zeolite and solid structure of metal oxide is decreased due to the restriction of fluid dynamics and heat-transfer. Therefore, to increase the reaction efficiency, high permeability Cu/ZnO@H-MOR catalyst consisting of Cu supported on ZnO nanowires with hierarchical porous structure as core and micro- and mesopore H-MOR zeolite as shell will be designed and synthesized in this project. This core-shell structure can improve the mass and heat transfer of reactants in catalyst. One-step synthesis ethanol from dimethyl ether (DME) and syngas by using this bifunctional Cu/ZnO@H-MOR catalyst will be investigated. The reaction efficiency can be improved based on synergistic effect of active sites among catalyst and rapid diffusion of reactants in hierarchical porous structure. This project will develop an efficient catalyst used for ethanol direct synthesis from DME and syngas and provide theory and application basis for design and preparation of bifunctional hierarchical porous structure catalyst.

分子筛膜包覆金属氧化物构成的核壳催化剂，凭借分子筛独特的孔结构和催化性能与核催化剂有机结合呈现出优异的催化特性而备受关注。然而传统的微孔分子筛与实心结构的核催化剂由于流体动力学限制和传热限制，降低了反应效率。针对此问题，本研究提出构造高透过性Cu/ZnO@H-MOR核壳催化剂的设想。内核为具有分级多孔结构的Cu负载ZnO纳米线编织空心球催化剂，通过水热法在其表面包覆一层微-介孔复合H-MOR分子筛膜，形成核壳结构。该结构可有效改善反应介质在催化剂间的传质、传热问题。利用该催化剂的双功能性，将其应用到二甲醚(DME)与合成气一步法制备乙醇反应，通过核壳催化剂间活性位的协同作用以及反应介质在分级多孔核壳催化剂内快速扩散提高反应效率。该研究有望发展出一种高效的DME与合成气直接合成乙醇催化剂。将为分级多孔结构双功能催化剂的设计和制备提供理论和应用依据。

分子筛与金属氧化物复合构成的核壳催化剂，凭借分子筛独特的孔结构和催化性能与金属氧化物催化剂有机结合呈现出优异的催化特性而备受关注。然而传统的实心结构的核催化剂由于流体动力学限制和传热限制，降低了反应效率。针对此问题，本研究提构造一种高透过性Cu/ZnO@H-MOR核壳催化剂。研究了分级多孔结构的金属氧化物催化剂与H-MOR互相包覆，形成核壳结构,有效改善反应介质在催化剂间的传质、传热问题。本项目进行了金属氧化物纳米结构单元的设计合成及性能研究，探讨纳米结构单元的形貌和尺寸特征对反应介质的敏感度及催化性能的影响。通过水热法和溶剂热法采用H-MOR分子筛膜包覆金属氧化物，实现高性能透性Cu/ZnO @H-MOR核壳催化剂的可控制备，观测膜结构，揭示成膜规律。切换另一种设计思路，采用不同表面修饰剂对H-MOR进行修饰处理，以H-MOR为支撑体，通过水热法在HMOR表面生长金属有机框架，制备Cu-Zn-MOF@HMOR高透过性双功能核壳催化剂，分析特性，探讨形成机制。将其应用到二甲醚(DME)与合成气一步法制备乙醇反应，探讨反应介质在催化剂内的吸附、扩散机理。解决H-MOR及MOF膜包覆过程中的关键问题，实现高透过性核壳催化剂的可控制备，通过核壳催化剂间活性位的协同作用以及反应介质在分级多孔核壳催化剂内快速扩散提高反应效率。发展出一种高效的DME与合成气直接合成乙醇催化剂。将为分级多孔结构双功能催化剂的设计和制备提供理论和应用依据，具有重要的学术意义和应用价值。