用于甲烷低温氧化反应高选择性制甲醇的氧化铜催化剂制备及性能研究

我国南海是世界四大油气聚集地之一，天然气资源丰富。作为天然气管道中水合物抑制剂及天然气水合物开采化学注剂，甲醇是深水开发中常用的化学试剂。随着天然气田水深的不断增加，将导致天然气输送管道和开发工程所需物品运输距离都更长，化学试剂的使用和运输成本大大提高。天然气（主要成分为甲烷）是深水气田的主要产品。因此，在深水天然气田的工程设施上将甲烷原位转化为甲醇具有重要意义，有利于降低成本并避免开采现场储备大量试剂而保障安全。.本项目将开展天然气（甲烷）的原位催化氧化研究。以纳米氧化铜为催化剂，甲烷和空气为反应物，考察催化剂组成结构对甲烷低温氧化催化性能的影响关系；并通过贵金属和VIII族非贵金属掺杂，提高纳米氧化铜催化剂的催化性能；同时，利用理论计算，从分子水平理解氧化铜催化性能并确定掺杂金属的可能结构形态、价态及作用机制；得到适于在深水气田工程设施上将天然气低温转化得到甲醇的高活性高选择性催化剂。

本项目以天然气原位催化转化为目标, 探索甲烷在低温高压条件下直接氧化制备甲醇的催化剂。通过以微孔、介孔分子筛为载体，制备了多种氧化铜催化剂及金属掺杂的纳米铜催化剂。通过结构和性能表征，获得了几种催化性能好的催化剂，分别为CuAu/ZSM-5，CuCo/ZSM-5和CuO/SBA-15纳米催化剂。催化剂的结构稳定，金属纳米颗粒粒径小，均匀分布于载体上。甲烷在反应温度低于200 ℃以及2.0 MPa条件下反应，甲醇的选择性为100%，其产率最高可达67%左右。催化剂在天然气氧化反应中也显示了高效的催化活性。计算分析表明甲烷分子在CuCUS吸附位存在较强的吸附作用。通过本项目的研究，为甲烷或天然气低温高压条件下直接氧化制醇的催化反应体系提供了技术研究基础。