基于冶金炉气CO/CO2共氢化制备甲醇的催化材料功能调控

The metallurgical industry is typical of high carbon dioxide emissions. For the metallurgical industry, reducing the release of CO2 is very difficult. The characteristics of the off-gas of metallurgical furnace are the coexistence of CO,CO2 with high content of CO2. In order to efficient utility the off-gas, the project addresses the construction of copper-based catalystic materials with CO activity sites, CO2 activity sites, and water-gas shift activity sites, which are composited by multifunction and the activation of CO2 is dominant. On these materials, the activity of reactant is controlled and the yeild of methanol in CO/CO2 co-hydrogenation is promoted though CO2 is rich. Study on the relationship of catalytic material composition, microstructure ( such as active component size, interface effect, metal dispersion, etc.) between catalytic properties can obtain the mechanism of mutual coupling of different functional units in catalytic materials and the law of functional regulation . In situ technologies will be used to research the activity of CO, CO2 and the transformation path of the intermediates in the process of co-hydrogenation. The mechanism of CO/CO2 co-hydrogenation to methanol will be revealed and the theory of CO/CO2 co-hydrogenation to methanol will be established.Preparation of methanol from CO, CO2 co-hydrogenation, with the characteristics of no separation of CO, CO2, is different from the traditional process of synthesis gas to methanol. CO/CO2 co-hydrogenation improve the carbon resource utilization, which is an important research direction of the carbon dioxide emission reduction.

冶金工业是二氧化碳高排放行业，二氧化碳减排形势严峻。项目针对冶金工业部分炉气中CO、CO2共存，且CO2含量高的特点，提出以CO2活化为主导，创制具有CO活性中心、CO2活性中心、水气变换活性中心的铜基催化材料，通过催化材料多功能复合，促进富CO2条件下CO、CO2共氢化制备甲醇反应的高效运行；研究催化材料成分和微观结构（如活性组分粒度、界面效应、金属分散度等）与催化性能的关系，获得催化材料不同功能单元的协同机制及其功能调控规律；研究共氢化反应过程中CO、CO2活化方式及转化路径，探讨反应中间物的动态转化行为，揭示CO、CO2共氢化反应机理，实现反应物活化控制，阐释催化材料结构特性与产物导向的内在联系；建立CO、CO2共氢化制备甲醇的基础理论。CO、CO2共氢化制甲醇不同于传统的合成气制甲醇工艺，具有CO、CO2不分离同时资源化的特点，提高了碳资源利用率，是二氧化碳减排的一个重要研究方向。

我国冶金工业是典型的CO2高排放行业，而冶金过程部分炉气中CO和CO2的体积含量达到了40%以上，是较好的碳源。对于这部分富含CO2且与CO共存的气源，加氢催化制备甲醇是CO、CO2同时进行化学转化的理想方式。.项目通过CO/CO2共氢化制备甲醇反应，明确了CO和CO2加氢反应的活性中心并不完全相同，惰性CO2的活化是CO、CO2共氢化的关键以及Cu-ZnO-ZrO2为CO、CO2共氢化制备甲醇的理想催化材料，同时揭示了催化材料不同功能单元的协同作用机制；从催化材料CO2加氢制备甲醇的主导作用机制入手，通过控制催化材料活性组分粒子、活性组分分散度、载体孔道形貌以及活性组分与载体间相互作用形式等调控材料微观结构，解释了界面结构对催化性能的影响；构建Cu-ZrO2模型催化材料，通过探针分子原位测定催化材料表面化学吸-脱附行为，阐释了甲酸盐加氢控速步骤速率提高、Cu-ZrO2界面间相互作用以及氢溢流之间的关系，揭示了真实反应条件下CO2加氢反应机理，阐明转化路径，为探讨催化材料构效关系提供了新的依据。以CO2活化为主导，创制了三维有序大孔结构CuO-ZnO-ZrO2催化材料，通过大孔孔道构筑，观察到了水汽扩散对催化反应的促进作用，并解释了这一机理。项目为冶金炉气CO、CO2氢化制备甲醇提供了理论支撑。.发表论文7篇，其中SCI/EI收录论文2篇，待发表论文1篇；申请发明专利2项，授权发明专利2项；培养研究生11名，其中毕业博士研究生1名，在读博士研究生1名，毕业硕士研究生7名，在读硕士研究生2名。项目负责人获得云南省科技进步一等奖一项（排名第六）。