木质素源FeMn@MC核壳催化剂的制备及费托合成性能研究

李艳 胡雅欣 袁佳凤 金凤 臧鑫芝 秦恒飞

摘    要：以木质素、硝酸铁为碳源和金属源，金属锰为电子助剂，采用快速热解炭化法，制备了锰掺杂的石墨化碳包裹铁纳米催化剂。通过XRD、TEM、H2-TPR、CO-TPD等物理化学方法及固定床反应器，研究了助剂锰的掺杂量对铁基催化剂结构、颗粒尺寸、载体与活性相之间的作用力、CO吸附能力以及费托合成性能的影响。结果表明：适量的Mn掺杂有利于活性相Fe的还原和提高其对CO的吸附能力;当Mn的掺杂量为16%时，CO的转化率和低碳烯烃C2-C4的选择性达到最佳值，分别为93.5%和50.9%。

关键词：木质素;助剂Mn;核壳结构;费托合成

中图分类号：TQ9                文献标识码：A             文章编号：2095-7394（2021）04-0009-09

近年来，通过费托合成将合成气（H2+CO）选择性地转化为低碳烯烃（C2-C4），被认为是替代传统石油裂解的一种清洁生产工艺，从而引起较多研究者的关注[1]。由于其催化剂的选择性、稳定性及活性均难达到工业生产的要求，因此，需要在催化剂的制备过程中掺杂助剂，以改变催化剂物相组分、酸碱中心、还原和化学吸附能力、电子转移特性、活性金属颗粒的尺寸及其分散和结构等特性，最终提高费托合成催化剂的性能。目前，研究比较多的助剂有K、Mn、V、Na、Cu、Ca、Zn、Mo等，它们常常被掺杂到铁基催化剂中，以提高费托活性及低碳烯烃的选择性[2-4]。用碱金属作为铁基催化剂助剂，有利于改变催化剂表面的电子转移特性，即：助剂上的阳离子可以向金属Fe提供电子，在促进Fe表面对CO吸附的同时减弱C-O键，加速CO解离;加强了Fe-C键，促进了活性金属Fe对解离C*的吸附，从而改变了催化剂的活性和目标产物的选择性[5]。……