由于能源的消耗過(guò)快再生比較慢。因此，研究人員將重點(diǎn)放在環(huán)保工藝和技術(shù)的開發(fā)上，同時(shí)確保一個(gè)合理生活水平。生物質(zhì)是生產(chǎn)合成燃料和能源的更重要的潛在來(lái)源之一。生物質(zhì)合成氣是利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料，生物甲醇的中間產(chǎn)物。近年來(lái)，在能源和化學(xué)工業(yè)中，甲醇的生產(chǎn)已大大增加，因?yàn)樗�是化學(xué)合成和其他用途(如清潔運(yùn)輸燃料)的重要分子。低成本甲醇生產(chǎn)的評(píng)估是通過(guò)已開發(fā)的催化劑進(jìn)行的。本期介紹的重點(diǎn)是開發(fā)用于甲醇合成的低成本催化劑。以活性炭為載體，通過(guò)銅，鋅的浸漬法制備甲醇合成活性炭催化劑。然后測(cè)試活性炭催化劑的一個(gè)整體效果。

　　活性炭催化生產(chǎn)甲醇

　　合成氣主要由CO和H2組成，可以作為固定床反應(yīng)器中使用活性炭催化劑合成甲醇的原料。利用已開發(fā)的催化劑對(duì)甲醇的低成本，低溫和低壓生產(chǎn)進(jìn)行了評(píng)估。活性炭催化劑的作用是通過(guò)較低的活化能獲得合適條件的關(guān)鍵。活性炭將負(fù)載的材料由于其獨(dú)特的性能而備受關(guān)注。它們的應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器，水凈化，電化學(xué)和氫氣存儲(chǔ)。活性炭還可以用作載體催化劑，因?yàn)榛钚蕴烤哂休^大的表面積和化學(xué)惰性。

　　甲醇合成后，將活性炭催化劑插入連續(xù)的管狀固定床反應(yīng)器中(圖1.)。在將工作條件調(diào)節(jié)至壓力14-20 bar和溫度220°C的條件下測(cè)試穩(wěn)定性。在管式反應(yīng)器中總共填充1-2克活性炭。在反應(yīng)步驟之前，在操作溫度下用H 2流還原催化劑。使用機(jī)器生成的甲醇分析氣體為了防止催化劑液化，活性炭催化劑層后的管道保持在150°C。

　　圖1：甲醇合成的實(shí)驗(yàn)裝置。

　　活性炭載催化劑的材料分析

　　活性炭催化劑的制備，采用浸漬法制備了Cu/ZnO/活性炭催化劑。硝酸銅和硝酸鋅是將附著在活性碳上的銅和氧化鋅載體的原材料。Zn起促進(jìn)劑的作用，以防止Cu的燒結(jié)。銅將在催化劑上被氧化并寫為銅[Zn]。之后，來(lái)自CuO分子將為CuO/ZnO相的形式。其還原將受到ZnO的影響。制備活性炭催化劑后，然后通過(guò)XRF，XRD，SEM和BET表面積分析儀對(duì)催化劑進(jìn)行表征。商業(yè)催化劑和Cu/ZnO/活性炭催化劑的XRF分析見圖2。

　　圖2：活性炭催化劑的XRF表征。

　　圖2表明催化劑的組成與理論不同。根據(jù)XRF結(jié)果，催化劑Cu/ZnO/活性炭的成分為Cu：Zn：C為1.65：0.18：98(%wt)，商用催化劑的成分為Cu：Zn：Al為56.05：10.71：2.92(%wt)。考慮到它不包含在直徑為75-90μm的顆粒中，因此會(huì)在研磨或篩分過(guò)程中分散。使用Scherrer方程從XRD計(jì)算得出的CuO晶體。商業(yè)催化劑的直徑為17.91nm，Cu/ZnO/活性炭催化劑為36.87nm。盡管Cu/ZnO/活性炭催化劑具有較高的CuO含量，但是CuO微晶尺寸較小。

　　活性炭催化載體和市售催化劑對(duì)比

　　活性炭催化劑的SEM表征如圖3所示。SEM圖像可提供有關(guān)材料結(jié)構(gòu)和單個(gè)顆粒形狀的詳細(xì)信息。商業(yè)催化劑和Cu/ZnO/活性炭催化劑由不規(guī)則顆粒組成，團(tuán)塊較大且分散多樣。從圖3可以看出，兩種催化劑均收集在一個(gè)位置，但分布仍然相對(duì)良好。

　　圖3：催化劑的SEM表征(a)商業(yè)催化劑，(b)Cu/ZnO/活性炭催化劑。

　　由活性炭制備的催化劑的表面積為比市售催化劑的表面積大了十倍。活性炭作為載體催化劑制備的催化劑的表面積明顯高于商業(yè)催化劑。該行為可以通過(guò)反應(yīng)后載體的孔堵塞來(lái)解釋。甲醇合成，甲醇合成的其為放熱反應(yīng)。基于反應(yīng)，獲得1摩爾的CH 3 OH需要1摩爾的CO和2摩爾的H 2。測(cè)試了兩種催化劑的催化活性，市售催化劑和Cu/Zn/活性炭。將總共​​1-2克的催化劑填充到固定床反應(yīng)器中。在反應(yīng)步驟之前，在工作溫度下用氫氣流還原催化劑。根據(jù)結(jié)果，在條件操作為230℃的條件下，商用催化劑合成氣的較大甲醇轉(zhuǎn)化率，而在260℃的條件下為Cu/ZnO/活性炭催化劑。與通過(guò)浸漬法的Cu/ZnO/活性炭催化劑(1.26%的甲醇產(chǎn)率)相比，通過(guò)市售催化劑的催化活性仍低于1.12%的甲醇產(chǎn)率。

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