面向连串反应的核壳型催化剂的构建及其作用机理研究

Consecutive reaction is one of the fundamental complex chemical reactions. The key to improve the product selectivity in this process is to design the proper distribution of active sites (catalyst structure).Taking F-T synthesis as an example, the catalyst with core-shell struture is designed and studied to aim at the high selectivity of heavey hydrocarbon which need to be cracked further in this proposal. By using the shape selectivity and acidic sites of zeolite membrane on the catalyst shell, the heavey hydrocarbons can be transformed to lquid fuels. To achieved a uniform membrane on the activated carbon, the mechanism of membrane growth will be investigated. Accordingly, to further promote and optimize the structure of core-shell catalyst,the effect of membrane structure on tranfer and products distribution are investigated to gain a better understanding of synergy between reaction and transfer in the catalyst and to establish the structure-activity relationship, as well as kinetics model. The success of above mentioned research can present a further technical support for the industrialization of F-T synthesis.

连串反应是最基本的复杂化学反应之一，构建合理的活性中心分布方式（催化 剂结构）是提高此类反应目的产物收率的关键。本项目以费托（F-T）合成反应为例，针对 其重质烃收率高往往需要再次裂解的问题，拟在前期工作的基础上，提出制备新型核壳型F-T 合成催化剂，利用壳层分子筛膜的择形及酸催化的特点裂解重质烃，以提高液体燃料的收率。 通过认识憎水性固体颗粒表面分子筛生长及成膜机理，实现分子筛膜在活性炭表面的均匀、连续制备。在此基础上，研究分子筛膜结构对F-T 合成过程传质及产物分布的影响，深入分析核壳型催化剂上反应及传递协同作用机理，认识催化剂结构与产物分布之间的构效关系，建立反应的动力学模型，为催化剂的优化构建提供指导。本项目的实施可为F-T 合成的工业化提供进一步的技术支撑。

连串反应是最基本的复杂化学反应之一，构建合理的活性中心分布方式（催化剂结构）是提高此类反应目的产物收率的关键。本项目以费托（F-T）合成反应为例，针对其重质烃收率高往往需要再次裂解的问题，开展了制备新型核壳型F-T合成催化剂的应用研究，取得的主要成果如下：.(1)针对某些固体颗粒表面憎水的特点，提出了中间过渡层法制备核壳结构催化剂的新方法。中间过渡层不仅可以平滑表面，锚定分子筛晶种，而且部分参与分子筛膜的合成，有利于核壳结构的稳定。.(2)分析了不同焙烧过程分子筛膜结构的变化。发现在焙烧升温过程中核催化剂内吸附的模板剂率先分解，此时分子筛膜壳层中的模板剂尚未开始分解，致密的分子筛壳层使得核内产生的部分分解产物不能及时逸出发生爆破而导致分子筛膜开裂。据此，提出了核壳催化剂分子筛膜开裂的“爆炸”机理。.(3)分子筛膜的结构进行了优化，发现分子筛膜厚度对反应的产物有重要影响。增大了分子筛膜的厚度，增加了重质烃在分子筛膜中的停留时间，有效提高了催化剂对高碳产物的裂解性能，低碳烯烃有明显上升。.(4)本研究将核壳结构的思路拓展到其他反应体系，通过在金属表面包覆一层氧化硅膜形成核壳结构的思路来阻止金属颗粒在反应过程中迁移与聚集，显著地提高了水气变换反应催化剂的稳定性，同时利用载体的界面效应，催化剂的活性也得到很大的提高。.(5)上述研究成果已在CHEM. COMMUN.等重要学术期刊发表SCI收录论文6篇，获4项国家发明专利授权。正投稿论文1篇.(6)在项目执行期间，共培养博士研究生1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1人次，国内重要学术会议5人次。