具有生物助剂效应的米糠催化剂制备及其在费托合成中的应用

Searching for alternative energy is becoming a great national topic, owing to the fast consumption of gasoline. Fischer-Tropsch synthesis (FTS) is the core process for coal and syngas conversion to liquid fuels. Usually, the catalysts for FTS need noble metals as promoters and chemical support, which are expensive and not environmentally benign. This program aims to prepare highly active FTS catalysts with trace minerals from rice bran as promoters and bio-carbon from rice bran as carbon support, which is a green and sustainable synthesis route for catalyst preparation. Multiple synthesis route for iron-based carbon microsphere catalyst will be designed to introduce bio-promoters and carbon support. The mechanism of synergistic catalysis of multiple promoters will be disclosed. The preparation conditions of rice bran catalysts will also be optimized. Accordingly, the selectivity of hydrocarbons and CO conversion will be enhanced. The program will provide new insight and reference for biomass recycling, achieving the green synthesis process.

随着石油资源的日益枯竭，寻找替代能源已成为重要的国家战略性课题。费托合成是实现煤和天然气催化转化为液体燃料的核心技术。而费托合成的催化剂常需要贵金属助剂及化学载体，成本较高且环境不友好。本项目设计从生物质资源米糠中提取多种有益的微量元素K, Mg, Si, Mn, Ru等作为催化剂助剂，同时提取生物碳资源作为活性金属的碳载体，制备高效的费托合成催化剂，是一种绿色可持续的催化剂制备路线。通过设计多种碳微球铁基催化剂的合成路线，引入多组分“生物助剂”和碳载体，揭示多助剂的协同催化作用机理，优化催化剂制备条件，最终增强碳氢化合物的选择性及CO转化率。本项目的成功开展将为废弃生物质资源的循环利用，实现绿色合成过程，提供全新的思路和借鉴。

费托合成是实现煤和天然气催化转化为液体燃料的核心技术。其常见的催化剂需要多种化学助剂及载体，成本较高且环境不友好。本项目设计从生物质资源米糠中提取多种矿物元素K, Mg, Si, Mn等作为催化剂助剂，同时提取生物碳资源作为活性金属的碳载体，制备高效的费托合成催化剂，是一种绿色可持续的催化剂制备路线。通过设计多种碳微球铁基催化剂的合成路线，引入多组分“生物助剂”和碳载体，揭示多助剂的协同催化作用机理，优化催化剂制备条件，最终增强碳氢化合物的选择性及CO转化率。执行期内已按计划完成各项预定目标，取得系列研究成果，包括发表SCI论文6篇，申请国家发明专利2项。代表性成果包括: 通过一步水热碳化的方法，成功合成高活性的富含功能化官能团的米糠费托催化剂，其催化性能相比于经典费托催化剂等具有完全可比的转化效率以及高碳烃的选择性; 发现费托催化剂中的多助剂协同催化效应，与添加化学助剂的铁基催化剂相比，通过引入玉米芯中的“生物助剂”可实现更高的费托合成活性，这与K等多助剂成分之间的相互作用及其与活性铁物种之间的相互作用有关。在含Na助剂的多功能催化剂上，成功实现费托及CO2-费托合成制汽油的串联反应，突破铁催化剂上碳链增长能力弱和高值产品产率较低的难题。本项目的成功开展将为废弃生物质资源的循环利用，实现绿色合成过程，提供全新的思路和借鉴。