超重力法制备铈锆固溶体及其催化CO₂合成DMC的性能研究

摘要

为改善共沉淀法制备铈锆固溶体（CeZrO₂）存在的纳米颗粒团聚严重、粒径大且分布不均的问题，本文将超重力技术和聚乙烯比咯烷酮（PVP）改性相耦合来制备CeZrO₂。将其应用于催化二氧化碳（CO₂）和甲醇直接转化成碳酸二甲酯（DMC），并对其催化活性进行研究。首先研究了分散剂PVP质量分数、超重力因子β和撞击初速度u对CeZrO₂活性和粒径分布的影响，确定撞击流-旋转填料床（IS-RPB）的最适宜操作条件为PVP质量分数为6%, β为105.81, u为5.31 m/s。此操作条件下可得到性能最优的CeZrO₂, DMC产量为5.54 mmol/g。采用XRD、 FTIR、 DLS, SEM、 EPR对最适宜条件下不同反应器制备的CeZrO₂进行表征。利用XRD测定了催化剂晶型结构，结果表明成功制备了CeZrO₂且其为立方萤石结构；利用FTIR进行了化学组成分析，结果表明PVP成功掺杂进入催化剂中且并未改变催化剂组成；利用DLS来测量其水力学粒径分布，结果表明IS-RPB制备的催化剂粒径分布均匀；利用SEM进行形貌分析，结果表明IS-RPB中制得的催化剂形貌明显优于搅拌槽式反应器，且平均粒径为30 nm左右；利用EPR来表征催化剂的表面氧空位和Ce³⁺含量，结果显示IS-RPB能明显增加催化剂表面的Ce³⁺含量。与文献中DMC的产量相比，本文制备的IS-RPB-CZ的催化性能处于中上等水平。

关键词

共沉淀法 / 撞击流-旋转填料床 / CeZrO₂ / PVP改性 / CO₂利用