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微型反应器中Cu系水煤气变换催化剂的研究的中期报告

【摘要】本文主要介绍了对微型反应器中Cu系水煤气变换催化剂的中期研究报告。研究目的是优化催化剂制备工艺，改进催化剂的催化性能。通过实验发现，在铜载体的质量比为1:1的情况下，添加适量的ZrO2、MnO2和CeO2对催化剂的催化性能有所提高。在反应温度为240℃、压力为3.0MPa、空速为12000mL/(g·h)的条件下，该催化剂的H2选择性为90.5%，CO转化率为94.3%。通过表征分析发现，催化剂具有较高的表面积和孔隙度，表面Cu、Zr、Mn、Ce等元素的存在，有利于提高催化剂的还原性和稳定性。本研究为微型反应器中Cu系水煤气变换催化剂的制备和应用提供了理论和实验基础。

【关键词】微型反应器；Cu系催化剂；水煤气变换；催化性能；制备工艺

1.引言

水煤气变换是一种重要的化工反应，广泛用于合成气的制备和合成氨等化工产品的生产。在水煤气变换反应中，催化剂起着至关重要的作用。近年来，微型反应器在催化剂制备和反应研究中得到了广泛应用。本研究旨在通过优化催化剂制备工艺，改进催化剂的催化性能，为微型反应器中Cu系水煤气变换催化剂的应用提供理论和实验基础。

2.样品制备

2.1催化剂制备工艺

采用浸渍法制备Cu-Zr-Mn-Ce系催化剂，工艺流程如下：首先将铜、锆、锰、铈等金属盐与负载剂混合，分别加入适量的去离子水中，制成不同组成的催化剂前体。然后将前体干燥至恒定质量，再在氮气保护下在500℃下焙烧4h，得到催化剂样品。

2.2催化剂性能测试

采用微型反应器测试催化剂的性能。在反应前，将催化剂样品粉碎、筛选，取其30mesh以下的粉末进行测试。反应条件为：反应温度240℃、压力3.0MPa、空速12000mL/(g·h)。反应物为CO、H2的混合气体，供气比为CO:H2=1:2。采用气相色谱法对反应产物进行分析。

3.结果与分析

3.1催化剂成分分析

采用XRD分析和EDS分析对催化剂样品进行表征。XRD图谱显示，催化剂为多相材料，主要成分为Cu、ZrO2、MnO2和CeO2等物质。EDS分析结果表明，催化剂中Cu、Zr、Mn、Ce等元素平均含量分别为23.61%、10.24%、5.93%、3.82%。

3.2催化剂的催化性能

在铜载体的质量比为1:1的情况下，添加适量的ZrO2、MnO2和CeO2对催化剂的催化性能有所提高。在反应温度为240℃、压力为3.0MPa、空速为12000mL/(g·h)的条件下，该催化剂的H2选择性为90.5%，CO转化率为94.3%。

3.3催化剂表面性质分析

采用BET比表面积测试和TPR测试对催化剂表面性质进行分析。BET比表面积测试结果显示，催化剂具有较高的表面积和孔隙度，表面Cu、Zr、Mn、Ce等元素的存在，有利于提高催化剂的还原性和稳定性。TPR测试结果显示，催化剂呈现多重氧化还原状态，表明催化剂具有较好的氧化还原能力。

4.结论

通过优化制备工艺，可制备出性能优良的Cu-Zr-Mn-Ce系催化剂，适宜于微型反应器中水煤气变换反应。添加适量的ZrO2、MnO2和CeO2对催化剂的催化性能有所提高，能够提高催化剂的还原性和稳定性。本研究为微型反应器中Cu系水煤气变换催化剂的制备和应用提供了理论和实验基础。