CO2加氫制二甲醚CuO-ZnO-ZrO2/HZSM-5催化劑研究

李德豹，張雅靜，吳靜，王康軍

（1.沈陽(yáng)科技學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110167；2.沈陽(yáng)化工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110142）

全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，工業(yè)生產(chǎn)所需的煤、石油、天然氣等資源消耗量急劇上升，使得CO2的排放量逐年攀升，帶來(lái)較多環(huán)境問(wèn)題[1-2]。2020年9月，我國(guó)正式提出雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)，在雙碳模式背景下，除了控制CO2的減排外，應(yīng)著重對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化利用變廢為寶[3]。CO2通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化可獲得多種重要化工產(chǎn)品，如甲醇、DME、尿素或水楊酸等[4-5]。其中，DME 不僅可直接用作制冷劑、氣霧劑和發(fā)泡劑，也可作為原料合成諸多化工產(chǎn)品，此外，DME 具有較高的十六烷值，可替代柴油作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料[6]。

CO2加氫合成DME 催化劑由甲醇合成和甲醇脫水兩組分。甲醇合成有CuO-ZnO、CuO-ZnO- Al2O3、ZnO-Cr2O3等催化劑[7-8]；甲醇脫水組分包括HZSM-5、γ-Al2O3和SiO2-Al2O3等固體酸[9-10]。為提高催化性能，通過(guò)添加ZrO2、TiO2或MgO 等助劑對(duì)能催化劑進(jìn)行改性[11-12]。在CO2加氫合成DME 催化劑中，CuO-ZnO-ZrO2/HZSM-5 由于其較好的催化性能，受到研究者的廣泛關(guān)注。目前對(duì)于該類(lèi)型催化劑的研究包括制備方法、助劑、焙燒溫度等對(duì)反應(yīng)性能的影響[13]。甲醇脫水反應(yīng)發(fā)生在HZSM-5 酸性位上，由于不同硅鋁比的分子篩上酸性強(qiáng)度和酸量不同，進(jìn)而影響催化性能，不同硅鋁比的HZSM-5 分子篩對(duì)CuO-ZnO-ZrO2/HZSM-5 催化劑的研究尚未報(bào)道。因此，本文采用尿素均勻沉淀法制備了CuO-ZnO-ZrO2/HZSM-5 催化劑，研究了不同硅鋁比的HZSM-5 甲醇脫水組分與CuO-ZnO-ZrO2甲醇合成組分復(fù)合而成的催化劑對(duì)CO2加氫合成DME 催化性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 催化劑制備

通過(guò)尿素均勻沉淀法制備 CuO-ZnO-ZrO2/HZSM-5 催化劑[14]。制備過(guò)程如下：將一定量Cu、Zn 和Zr 的硝酸鹽溶解于水中，劇烈攪拌下加入一定量尿素溶解得到藍(lán)色透明溶液，然后加入適量的HZSM-5。……