Pd/LDH低温催化CH4-CO2直接合成乙酸

吴怡枭, 刘超波, 昝雪玉, 张超宇, 陶诗琪, 李智雯, 王柯静, 刘勇军, 黄伟

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高等学校化学学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (09) : 9-19.

Pd/LDH低温催化CH4-CO2直接合成乙酸

  • 吴怡枭, 刘超波, 昝雪玉, 张超宇, 陶诗琪, 李智雯, 王柯静, 刘勇军, 黄伟
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摘要

利用CH4和CO2反应直接合成乙酸是一个100%原子经济同时转化CH4并减排CO2的有效方法.水滑石因具有比表面积大、热稳定性高、活性组分分散性好及适宜的酸-碱性被广泛用于CH4和CO2转化反应中,而Pd常被认为是C—C键偶联的活性中心.本文以Mg/Al摩尔比分别为1.5, 3, 5, 7, 9的镁铝水滑石(MgAlLDH)为载体,采用离子交换法制备了Pd负载量(质量分数)为5%的Pd/LDH催化剂,并用于CH4-CO2两步梯阶转化直接合成乙酸;通过XRD, ICP,氮气吸附-脱附,XPS, NH3-TPD, CO2-TPD和in situ DRIFTS等表征方法对催化剂的结构和表面酸碱性进行了分析.结果表明,由Mg/Al摩尔比为5的LDH载体制备的MA5催化剂乙酸收率最高(61.8μmol·gc-a1t·h-1),且液相产物只有乙酸;其收率与催化剂中强酸量和表面Pd0/(Pd2++Pd0)比呈正相关.催化剂的快速失活源于水滑石结构的坍塌,进而引起催化剂表面中强酸量大幅减少.原位红外漫反射光谱结果显示,CH4在Pd/LDH催化剂表面解离生成CHx*中间体和H质子, CO2直接插入CHx*形成CHx COO*,之后进一步加氢生成乙酸,或CO2与H质子结合生成COOH*中间体,之后与CHx*发生偶联形成CHxCOOH*,最后再加氢得到乙酸.

关键词

甲烷 / 二氧化碳 / 镁铝水滑石 / / 乙酸

中图分类号

TQ225.122 / TQ426

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吴怡枭, 刘超波, 昝雪玉, 张超宇, 陶诗琪, 李智雯, 王柯静, 刘勇军, 黄伟. Pd/LDH低温催化CH4-CO2直接合成乙酸. 高等学校化学学报. 2024, 45(09): 9-19

基金

国家自然科学基金(批准号:21908157); 山西浙大新材料与化工研究院研发项目(批准号:2021SX-FR009)资助

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