CO Hydrogenation to Ethanol over Supported Rh-Based Catalyst: Effect of the Support

Zilong Shao Xiaofang Liu Shunan Zhang Hui Wang Yuhan Sun

Citation:  Zilong Shao, Xiaofang Liu, Shunan Zhang, Hui Wang, Yuhan Sun. CO Hydrogenation to Ethanol over Supported Rh-Based Catalyst: Effect of the Support[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(10): 191105. doi: 10.3866/PKU.WHXB201911053 shu

负载型Rh基催化剂上的CO加氢制乙醇反应:载体效应

    通讯作者: 王慧, wanghh@sari.ac.cn
    孙予罕, sunyh@sari.ac.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21776296

    国家重点研发计划 2017YFB0602203

    中国科学院战略性先导科技项目 XDA21090201

    中国科学院 ZDRW-ZS-2018-1-3

    上海市扬帆计划 19YF1453000

摘要: 作为一种重要的基础化学品以及传统能源替代品,乙醇极具应用前景。当前乙醇的生产主要通过谷物发酵和乙烯水合法。然而效率低下的发酵过程和日益枯竭的原油资源限制了乙醇的大规模生产。因此,发展生产乙醇的可替代技术成为重要议题。由合成气(CO + H2)出发直接制备乙醇被认为是实现煤炭、天然气和生物质等含碳资源高值化、清洁化利用的新方式。负载型Rh基催化剂作为合成气直接制乙醇最有潜力且最有效的催化体系而受到广泛研究。对于负载型Rh基催化剂来讲,合适的助剂和载体通常可以有效地提升催化剂的活性和乙醇选择性。Fe作为一种提高乙醇选择性最有效的助剂之一而被广泛地应用在Rh基催化剂的研究中。在本文中,为了探究载体的作用,我们利用初湿浸渍法制备出不同载体(CeO2、ZrO2和TiO2)负载的Fe促进的Rh基催化剂用于合成气制乙醇反应中。结果表明,RhFe/TiO2催化剂在反应条件为250 ℃,2 MPa时的CO转化率高达18.2%并且在醇分布中乙醇的选择性高达74.7%,远高于相同条件下RhFe/CeO2和RhFe/ZrO2催化剂的性能。表征结果表明,催化剂的比表面从小到大依次为RhFe/CeO2 < RhFe/ZrO2 < RhFe/TiO2,而Rh的分散度也依次增加、粒径依次减小。这是由于较大的比表面积可能有利于Rh物种的分散,高分散的Rh物种就意味着存在更多的活性位点。H2-程序升温还原结果表明Rh与载体、Rh与Fe之间存在相互作用,并且在实验的还原条件下TiO2会发生部分还原,而其它的载体则不会发生还原。X射线光电子能谱分析结果表明RhFe/TiO2催化剂具有更多的乙醇生成(Rhx0-Rhy+)-O-Feδ+活性位点,使得乙醇的选择性增加。CO-程序升温脱附被用来确认不同催化剂的CO吸附能力,结果表明TiO2由于存在更多的O空穴和Ti3+离子从而增强了对CO的吸附,因此有利于催化剂活性的提高。

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  • 发布日期:  2021-10-15
  • 收稿日期:  2019-11-27
  • 接受日期:  2020-01-06
  • 修回日期:  2019-12-29
  • 网络出版日期:  2020-01-09
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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