氧化铝膜包覆活性炭催化剂的制备与性能研究

对某些快速强放热反应体系，流化床反应器更适宜于大规模放大和强化传热过程。而活性炭作为一种良好的催化剂载体，其比表面积大、吸附性强，但耐磨性差，在流化床内易粉化跑损，极大地影响了催化剂的寿命和工艺的经济性。据此，本项目提出在细颗粒活性炭表面上可控制备多孔氧化铝膜，以有效提高活性炭载体的耐磨性，同时又能保持包覆后活性炭催化剂载体原有的物理化学性能。项目将研究氧化铝膜在活性炭表面的包覆与生长机理、后处理过程中膜孔结构及其机械强度的演变规律，探究氧化铝膜包覆活性炭催化剂载体对气体反应物和产物在催化剂表面传递行为的影响规律、复合催化剂上反应与传递行为的协同作用机制、动力学行为，建立反应动力学模型，进而建立膜包覆活性炭催化剂载体的制备方法－包覆膜结构及机械强度－膜包覆活性炭上传递与反应性能三者的相互关系，为耐磨性活性炭催化剂复合载体的制备提供技术基础，也为相应工艺的流化床反应器的过程强化提供技术支撑。

核壳结构材料在改善某些快速强放热反应体系催化剂的机械强度，提高催化转化过程产物选择性方面有重要的应用价值和潜力。在项目执行前期，主要围绕氧化铝包覆活性炭的制备及其耐磨性能、氧化铝膜对乙炔和氯化氢气体的传质影响等开展了系统性工作。项目执行后期，根据存在的问题及研究进展，开展了合成气直接转化为低碳烃核壳型催化材料的设计与应用研究。取得的主要研究成果如下：. 1）开展了氧化铝包覆活性炭催化材料的可控制备及性能研究。结果表明，氧化铝膜能很好地保护活性炭，显著提高活性炭的耐磨性能；同时氧化铝膜对乙炔和氯化氢等气体的传质影响很小。. 2）针对活性炭表面憎水及粗糙的特点，提出了通过氧化铝中间层制备分子筛膜包覆活性炭核壳催化剂的新方法，实现了分子筛在活性炭表面的连续、致密成膜。所制备的CoZr/AC@ZSM-5催化剂能明显提高F-T反应低碳烃的收率，体现出了核壳结构的优势。CO转化率低可能是由于分子筛膜中H2和CO的扩散速率差异引起。. 3）设计制备了CZA@SAPO-34核壳催化剂并应用于CO氢化反应，研究发现核壳结构催化剂制备过程高温水热合成会导致CZA的催化活性降低，采用复合膜（膜层为γ-Al2O3膜和SAPO-34分子筛颗粒组成）制备的方法能克服了此问题。最终获得的CZA@Composite-SAPO-34能在保持CO转化率与CZA相当的情况下，明显减低中间产物甲醇的选择性，提高低碳烃的收率。. 4）上述研究成果已在Chem.Commun.、I.E.C.R.等重要学术期刊发表SCI收录论文6篇，中文核心期刊论文1篇，获国家授权专利3项。. 5）在项目执行期间，共培养博士研究生2名，硕士研究生2名，资助研究生或课题组其他成员参加国际学术会议并作口头报告2人次，国内重要学术会议1人次。