微反应器中铜锌共沉淀过程及其对微结构后续演变过程的影响

In co-precipitation for preparing Cu-ZnO catalyst, the influence of parameters on structure of incipient precipitate and the effect of fluid mixing are the key factors to understand the evolution of catalyst microstructure. The complex flow pattern in classical co-precipitation results in the interference of reaction, nucleation, growth and agglomeration, which is negative for analyzing the effect of individual process. In this program, based on uniform reaction process and advantage for online measurement of microreactor, the change alone reactor of the fluid properties and the structure of incipient precipitate will be got by means of rapid freezing method. Aided by the simulation of flow, reaction and nucleation, the influence of mixing on local reaction conditions, formation of precipitate will be studied. By Characterization of HRTEM and XRD, the structure evolution in ageing, calcination and reduction will be investigated. This study is significant for understanding of interaction between components in co-precipitation, revealing the impact of flow pattern on the structure and properties of Cu-ZnO catalyst, guiding the design and optimization in catalyst preparation.

Cu-ZnO催化剂制备的共沉淀过程中，各种参数对初始沉淀物形貌结构的影响机制、流动混合过程在其中的作用，是认识催化剂微结构形成演变规律的关键。传统共沉淀过程中，复杂的流动混合过程导致反应、成核与粒子的生长、团聚过程相互影响和干扰，不利于解析各个过程的规律。本项目利用微反应器所具有的反应历程均一、易于在线分析的特点，通过快速冻结取样等实验手段，研究共沉淀过程中流体特性和初始沉淀物形貌结构的变化过程；结合流动、反应、成核过程的模拟，研究流动混合过程对反应器中局部反应环境和沉淀物结构形成的影响；通过HRTEM、XRD等手段，研究沉淀物结构在陈化、焙烧、还原等后续过程中的演变规律。通过项目研究，认识共沉淀过程中组分间的相互作用规律，揭示流动混合过程作用于Cu-ZnO催化剂结构和性能的机制，可望为相关催化剂的设计和优化提供依据。

Cu-ZnO催化剂制备的共沉淀过程中，流动混合过程对初始沉淀物形貌结构的影响机制是认识催化剂微结构形成演变规律的关键。项目利用微反应器所具有的反应历程均一、易于在线分析的特点，结合流动反应过程模拟，对此展开了深入研究。采用多种不同类型的微反应器中，测量了它们在不同操作条件下的流动混合特性，考察了各种因素对共沉淀物的影响，并通过多种分析表征手段研究了沉淀物的后续演变过程。研究发现，反应器中局部的Cu2+、Zn2+浓度分布对共沉淀物的微结构有极大的影响，并通过陈化过程影响前驱体锌孔雀石中的Zn含量，进而通过焙烧过程作用于氧化物中的Cu-Zn相互分散性，并最终影响催化剂结构中的Cu-Zn相互作用和催化性能。数值模拟显示，湍动强度增加有利于整个反应器中的均匀混合，但不利于在微观层面建立起稳定的浓度梯度。这两者对均匀共沉淀物的形成具有相反的作用，因而会形成极值点。进一步的叉形微反应器验证实验表明，恰当的浓度场可以抵消两种金属离子在反应速率上的不一致，从而得到活性更高的催化剂。通过项目研究，认识共沉淀过程中组分间的相互作用规律，揭示流动混合过程作用于Cu-ZnO催化剂结构和性能的机制，可望为相关催化剂的开发和优化提供依据。