合成气转化反应中产物选择性调控问题的研究

发展合理利用煤、天然气和生物质等非油基碳资源的有效途径在能源问题日益严峻的背景下具有重大意义。费托合成是合成气转化制碳氢化合物的多相催化过程，是从非油碳资源出发制备液体燃料或化学品过程中的一个关键步骤。由于费托合成遵循聚合机理，导致大多数催化剂上产物分布宽，选择性调控困难。研究直接高选择性生成特定目标产物的催化剂体系，特别是生成汽油组分、柴油组分或低碳烯烃等的催化剂，是该反应的一个挑战。项目将围绕产物选择性调控这一关键科学问题，揭示费托合成反应中选择性调控的基本规律。项目拟系统考察催化活性组分与助剂本质、活性金属尺度、载体酸性质和孔结构、功能复合催化剂诱导二次反应等因素对产物分布的影响，确立提高特定目标产物选择性的有效方法。研究反应机理，在分子水平上理解反应中间体转化的科学规律。项目希望确立高选择性制备柴油、汽油和低碳烯烃的催化体系，为实现非油基碳资源的合理高效利用做出贡献。

费托合成是合成气转化制碳氢化合物的多相催化过程，是从非油碳资源出发制备液体燃料或化学品过程中的一个关键步骤。由于费托合成遵循聚合机理，导致大多数催化剂上产物分布宽，选择性调控困难。研究直接高选择性生成特定目标产物的催化剂体系，特别是生成汽油组分、柴油组分或低碳烯烃等的催化剂，是该反应的一个挑战。项目围绕产物选择性调控这一关键科学问题，揭示费托合成反应中选择性调控的基本规律。. 针对费托合成反应，项目前期发现通过系统改变酸性多级孔分子筛meso-ZSM-5负载金属钌的双功能催化剂的金属粒径、孔结构及酸性质，可以诱导CO加氢反应产物高碳烃的酸催化二次加氢裂解反应。通过调控催化剂的结构性质，可以影响费托合成最终产物分布，得到高的汽油馏分烃C5-C11选择性，是提高特定目标产物选择性的有效方法。但由于钌为贵金属，实际应用受到制约，但该研究具有指导性意义，为同类研究提供了好的研究思路。. 本项目在前期研究的基础上，开展了以下方面的工作:(1)研究了结构可控的、以非贵金属钴替代钌的酸性多级孔分子筛负载金属钴的双功能催化剂的制备方法，实现了对催化剂中载体孔结构、酸性质及金属粒径的调控。研究了酸性多级孔分子筛负载金属钴的双功能催化剂的结构性质对费托合成产物选择性的影响规律，发展了合成气转化高选择性制备汽油馏分烃的非贵金属催化剂。(2)研究了结构可控的、非酸性多级孔分子筛载体负载钴催化剂的制备方法，实现了对催化剂中载体孔结构、金属粒径及分散度的调控。研究了非酸性多级孔分子筛负载钴催化剂的结构性质对费托合成产物选择性的影响，提出了金属催化的费托合成产物高碳烃氢解反应对费托合成最终产物选择性的影响规律，发展了合成气转化高选择性制备柴油馏分烃的高性能催化剂。(3)研究了铁催化剂上合成气转化制备烯烃的反应规律。. 项目的实施，主要总结了应用酸性与非酸性多级孔分子筛载体负载纳米金属催化剂、通过耦合二次反应，调控合成气转化生成产物选择性的规律。发展了高选择性制备汽油、柴油和低碳烯烃的催化体系。项目在包括Angew. Chem. Int. Ed, J. Catal., Chem. Eur. J, ChemSusChem, PCCP等重要国际刊物等上共发表SCI刊物论文14篇， 申请国家发明专利二项，较好完成预定目标。