摘要:
化石燃料的廣泛使用導(dǎo)致大氣中CO_(2)的排放量急劇增加,進(jìn)而引起全球變暖和海洋酸化等一系列問題.CO加氫(費(fèi)托合成)反應(yīng)是利用非石油來源的原料生產(chǎn)液體燃料和化學(xué)品的一種重要途徑.同時,利用可再生的H_(2)將CO_(2)轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)品有利于減少對化石燃料的依賴,減輕由于大氣中CO_(2)濃度過高帶來的負(fù)面影響.開發(fā)新型、高效、穩(wěn)定的催化劑是費(fèi)托合成和CO_(2)加氫制高附加值烴的關(guān)鍵因素之一.Fe基、Co基和Ru基催化劑是費(fèi)托合成中常用的催化劑.而在CO_(2)加氫反應(yīng)中,Co基和Ru基催化劑上主要發(fā)生甲烷化反應(yīng),幾乎沒有長鏈烴生成.Fe基催化劑在費(fèi)托合成和CO_(2)加氫反應(yīng)中均表現(xiàn)出優(yōu)異的催化生成長鏈烴性能.同時,Fe儲量豐富和價格便宜的特點也促進(jìn)Fe基催化劑在兩個反應(yīng)中的廣泛應(yīng)用.一般認(rèn)為,在Fe基催化劑上CO_(2)通過逆水煤氣變換反應(yīng)生成CO,CO通過費(fèi)托合成反應(yīng)繼續(xù)加氫生成烴類.因此,CO_(2)加氫反應(yīng)和費(fèi)托合成反應(yīng)有相似之處,同時也有較大的區(qū)別.本文從活性相、助劑和載體的角度綜述了各組分在Fe基催化劑催化CO/CO_(2)加氫反應(yīng)中的作用,總結(jié)了其中的區(qū)別與聯(lián)系.催化劑在反應(yīng)中會發(fā)生復(fù)雜的相變過程,形成多種鐵物種;其中,碳化鐵(χ-Fe_(5)C_(2),ε-Fe_(2)C,Fe_(7)C_(3)和θ-Fe_(3)C)在費(fèi)托合成反應(yīng)中是C-C偶聯(lián)的活性相,但對于θ-Fe_(3)C現(xiàn)還存在一些爭議.在CO_(2)加氫反應(yīng)中Fe_(3)O_(4)催化逆水煤氣變換反應(yīng),碳化鐵催化CO加氫反應(yīng).金屬助劑對CO/CO_(2)加氫反應(yīng)的促進(jìn)作用較為相似,在兩個反應(yīng)中堿金屬的促進(jìn)作用最為明顯.費(fèi)托合成反應(yīng)對載體有較強(qiáng)的適應(yīng)性,而CO_(2)加氫反應(yīng)對載體敏感性較強(qiáng),Al_(2)O_(3),ZrO_(2)和碳材料載體效果較好.本文還總結(jié)了近些年來基于對活性相、助劑和載體的深入理解設(shè)計制備的一些新型催化劑及其在費(fèi)托合成和CO_(2)加氫反應(yīng)中的應(yīng)用,包括具有新穎結(jié)構(gòu)的催化劑、金屬-有機(jī)骨架衍生催化劑以及與沸石分子篩結(jié)合的雙功能催化劑.最后,還分析了目前Fe基催化劑在費(fèi)托合成和CO_(2)加氫反應(yīng)應(yīng)用中所面臨的問題和挑戰(zhàn),并對未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望.