液体燃料——费托催化剂的制备原理

随着中国经济社会的持续快速发展，石油资源的日益枯竭，燃油实际需求量的增长，CO2减排压力的增加，非石油途径获得一种新的环境友好的燃料油合成路线以代替石油路线获得燃料油的研究成为研究者关注的热点。费托合成是一种能够把CO H2（合成气）转化成长链碳氢化合物、清洁的车用及航空燃料、化学品的技术，且费托合成产物燃油是不含硫化物、氮化物的环境友好型燃油。在基于生物质资源的新能源战略中，合成气可通过热解技术从储量丰富、分布广泛、CO2“零排放”的可再生能源生物质能中获取。通过费托技术从非石油资源中获取液体燃料的研究，是发展含碳资源高效利用的有效途径，对于开发利用我国丰富的生物质资源（我国每年的农作物秸秆资源总量高达7.5亿吨以上）、缓解化石液体燃料供应压力、降低粉尘等污染物及CO2排放、保障能源安全及环境保护等具有极其重要的作用。在能源、气候、环境问题面临严重挑战的今天，大力发展生物质能源是符合国际发展趋势的，对维护我国能源安全及环境保护意义重大。

本书主要内容包括助剂引入的多孔铁基微球、由活性氧化物自组装而成的孔尺寸可控的Fe3O4微球、Ag引入的铁基催化剂、孔尺寸可控的铁基纺锤形催化剂、Fe2O3@MnO2纺锤形催化剂及Fe2O3@SiO2@MnO2双壳催化剂的设计制备。需要特别指出的是，上述催化剂均是多孔材料，孔是活性氧化物在自组装过程中构成的间隙孔。此种孔结构的形成不仅能起到分散活性金属的作用，也能起到运输反应物和产物的作用，还能够避免引入多孔载体导致的强的载体与活性组元的相互作用。本书分别展开介绍了上述6种催化剂在给定费托反应条件下的催化活性及液体燃料的选择性能，在此过程中分别介绍了孔尺寸及助剂对催化性能的影响机理。本书在编写过程中参考了有关的文献，在此向这些文献的作者致以衷心的感谢。

感谢贵州理工学院高层次人才科研启动经费项目对本书出版提供的资金支持。

由于编者的学识水平和时间有限，疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正，不胜感激。

编者

2019年10月

《液体燃料-费托催化剂的制备原理》对催化剂合成并用于费托反应制备液体燃料的做了系统介绍，并且涉及到费托合成制取气态烯烃。《液体燃料-费托催化剂的制备原理》涉及孔尺寸可控的Fe3O4微球、Ag引入的Ag/Fe3O4核壳结构、Fe2O3纺锤形催化剂、Fe2O3@MnO2纺锤形核壳催化剂、Fe2O3@SiO2@MnO2纺锤形双壳催化剂的设计制备及助剂和孔尺寸在费托反应过程中对液体燃料碳数选择性的影响，并介绍了助剂和孔尺寸对催化活性和液体产物收率的调控和作用机理，

张玉兰，贵州理工学院 材料与冶金工程学院，副教授，长期从事新能源材料的制备及生物质催化转化制备液体燃料及光电催化方面的研究及教学工作，目前是新能源材料与器件专业，新能源材料导论课程建设的负责人，《新能源材料导论》课程已纳入贵州理工学院2017年混合教学模式课程建设，包括《新能源材料概论》教材的编写及相关慕课的录制，法表催化相关领域SCI学术论文15篇，并承担生物质催化转化制备液体燃料相关课题国自然科学基金青年基金一项，光催化领域校级科技新苗探索项目一项。

第1章费托合成技术的发展

1.1费托合成技术的发展简史2

1.2费托合成催化剂的研究简史3

1.2.1活性金属的研究进展3

1.2.2铁基费托催化剂的制备研究5

1.2.3铁基催化剂费托合成反应机理6

1.3费托合成选择性和活性的关键影响因素10

1.3.1活性组元的化学状态10

1.3.2助剂12

1.3.3载体16

第2章费托催化剂的制备及性能概述

2.1催化剂制备方法及特点概述21

2.2费托性能特点概述21

2.2.1助剂引入的多孔铁基微球21

2.2.2孔尺寸可控的Fe3O4微球22

2.2.3Ag引入的铁基催化剂22

2.2.4孔尺寸可控的铁基纺锤形催化剂23

2.2.5Fe2O3@MnO2纺锤形催化剂24

2.2.6Fe2O3@SiO2@MnO2双壳催化剂25

第3章助剂引入的多孔铁基微球的制备及费托性能

3.1助剂引入的多孔铁基微球的制备28

3.2助剂引入的多孔铁基微球的形貌与结构特征28

3.3助剂引入的多孔铁基微球的费托性能33

3.3.1助剂的引入对产物选择性的影响及调控机理33

3.3.2孔尺寸对产物选择性的影响及调控机理35

3.4性能概述39

第4章孔尺寸可控的Fe3O4微球的制备及费托性能

4.1孔尺寸可控的Fe3O4微球的制备42

4.2孔尺寸可控的Fe3O4微球的形貌与结构特征43

4.3孔尺寸可控的Fe3O4微球的费托性能45

4.3.1孔尺寸对产物收率的影响45

4.3.2孔尺寸对产物选择性的调控机理46

4.4性能概述50

第5章Ag引入的铁基催化剂的制备及费托性能

5.1Ag引入的铁基微球的制备54

5.2Ag引入的铁基微球的形貌与结构特征54

5.3Ag引入的铁基微球的费托性能63

5.3.1Ag的引入对铁基微球选择性的调控63

5.3.2Ag的引入对铁基微球选择性的调控机理66

5.3.3Ag的引入对铁基微球活性的调控机理66

5.3.4Ag的引入对铁基微球产物收率的调控机理68

5.4性能概述69

第6章孔尺寸可控的铁基纺锤形催化剂的制备及费托性能

6.1孔尺寸可控的铁基纺锤形催化剂的制备71

6.1.1孔尺寸可控的纺锤形催化剂的制备71

6.1.2孔尺寸可控的纺锤形催化剂的还原71

6.2孔尺寸可控的铁基纺锤形催化剂的形貌和结构特征72

6.3催化剂与CO和H2的作用机理76

6.4纺锤形催化剂的费托性能78

6.5性能概述81

第7章Fe2O3@MnO2纺锤形催化剂的制备及其费托性能

7.1Fe2O3@MnO2纺锤形核壳结构催化剂的制备85

7.1.1Fe2O3纺锤形催化剂的制备85

7.1.2Fe2O3@MnO2纺锤形核壳结构催化剂的制备85

7.2Fe2O3和Fe2O3@MnO2纺锤形催化剂的形貌及结构特征85

7.3还原后的无Mn和Mn引入催化剂的形貌及结构特征91

7.4无Mn和Mn引入催化剂的费托性能97

7.4.1Mn的引入对催化剂活性的调控97

7.4.2Mn的引入对费托产物收率的调控98

7.5性能概述102

第8章Fe2O3@SiO2@MnO2双壳催化剂的制备及费托性能

8.1Fe2O3@SiO2@MnO2双壳催化剂的制备104

8.1.1Fe2O3催化剂的制备104

8.1.2Fe2O3@SiO2核壳催化剂的制备104

8.1.3Fe2O3@SiO2@MnO2双壳催化剂的制备105

8.1.4催化剂的还原105

8.2双壳催化剂的形貌和结构特征105

8.3催化剂与CO和H2的作用机理111

8.4催化剂的费托性能113

8.4.1费托活性113

8.4.2产物的选择性114

8.5性能概述116

参考文献

《液体燃料-费托催化剂的制备原理》对催化剂合成并用于费托反应制备液体燃料的做了系统介绍，并且涉及到费托合成制取气态烯烃。《液体燃料-费托催化剂的制备原理》涉及孔尺寸可控的Fe3O4微球、Ag引入的Ag/Fe3O4核壳结构、Fe2O3纺锤形催化剂、Fe2O3@MnO2纺锤形核壳催化剂、Fe2O3@SiO2@MnO2纺锤形双壳催化剂的设计制备及助剂和孔尺寸在费托反应过程中对液体燃料碳数选择性的影响，并介绍了助剂和孔尺寸对催化活性和液体产物收率的调控和作用机理，

张玉兰，贵州理工学院 材料与冶金工程学院，副教授，长期从事新能源材料的制备及生物质催化转化制备液体燃料及光电催化方面的研究及教学工作，目前是新能源材料与器件专业，新能源材料导论课程建设的负责人，《新能源材料导论》课程已纳入贵州理工学院2017年混合教学模式课程建设，包括《新能源材料概论》教材的编写及相关慕课的录制，法表催化相关领域SCI学术论文15篇，并承担生物质催化转化制备液体燃料相关课题国自然科学基金青年基金一项，光催化领域校级科技新苗探索项目一项。