稀土掺杂氧化锆催化二甲醚与二氧化碳直接制备碳酸二甲酯的研究

本题以温室气体二氧化碳直接制备碳酸二甲酯体系为研究对象，针对二氧化碳与甲醇反应体系中，副产物水难于除去、催化剂中毒快等原因造成的甲醇转化率低的问题，利用绿色化学中原子经济概念，以二甲醚代替甲醇与二氧化碳反应制备碳酸二甲酯。本体系中以二甲醚代替甲醇参与反应，相当于在反应原料进入反应器前就预先出去了副产物水，解决了副产物水堆积造成的反应平衡难于向右侧移动的问题，同时避免了甲醇体系中为提高产率大量添加干燥剂造成碳酸二甲酯收率低的问题。利用易于分离的多相催化剂氧化锆，通过调整掺杂的稀土元素种类、占催化剂比例、改变反应温度压力等条件建立新型反应体系，实现二甲醚向碳酸二甲酯的高效转化。在利用工业废气二氧化碳的同时提供一种绿色环保的有机化学品。为二氧化碳工业应用提供关键技术，为实现大气中碳资源的回收利用、减少二氧化碳排放提供途径，为综合利用空气中碳资源提供理论基础。

本项目是针对二氧化碳综合利用制备有用化工品的研究，是目前环境及能源领域的研究热点，以二氧化碳为原料制备环保型化学品及中间体具有重要的理论及实际意义。以非均相金属Cu-Zn体系为活性组分催化活化二氧化碳加氢制备甲醇具有一定应用前景。本题通过催化剂前体助剂配方调整和Cu/Zn/Cr组分比例调整对催化剂活性组分进行优化；并探讨了焙烧温度、沉淀温度、沉淀剂种类、沉淀溶剂等制备工艺对催化活性的影响；进而研究了催化剂还原温度、催化反温度、压力、空速、氢碳比等反应工艺条件对催化加氢性能的影响，包括对二氧化碳转化率及甲醇收率的影响。研究发现，活性组分为CuO/ZnO/Cr2O3的二氧化碳加氢制备甲醇催化剂活性组分比例在Cu/Zn/Cr为4.5/4.3/1.2，还原温度在300 ℃，反应温度为240 ℃，反应压力2.5 MPa，空速为2880 h-1，H2/CO2为3的情况下，体现出最佳的二氧化碳转化率和甲醇选择性。