Tuning Interactions of Surface‐adsorbed Species over Fe−Co/K−Al₂O₃ Catalyst by Different K Contents: Selective CO₂ Hydrogenation to Light Olefins

Abstract

Selective CO2 hydrogenation to light olefins over Fe−Co/K−Al2O3 catalysts was enhanced by tuning bonding strengths of adsorbed species by varying the content of the K promotor. Increasing the K/Fe atomic ratio from 0 to 0.5 increased the olefins/paraffins (O/P) ratio by 25.4 times, but then slightly raised upon ascending K/Fe to 2.5. The positive effect of K addition is attributed to the strong interaction of H adsorbed with the catalyst surface caused by the electron donor from K to Fe species. Although the Fe−Co/K−Al2O3 catalyst with K/Fe=2.5 reached the highest O/P ratio of 7.6, the maximum yield of light olefins of 16.4 % was achieved by the catalyst promoted with K/Fe of 0.5. This is explained by the considerable reduction of amount of H2 adsorbed on the catalyst surface with K/Fe=2.5.

Fe-Co-K/ZrO2 Catalytic Performance of CO2 Hydrogenation to Light Olefins

“…x-FCK/ZrO2 的还原性能随着 K 含量的增加逐渐降 低。这可能是由于加入 K 提高了 Fe-O 的强度，从 而提高了铁物种的被还原温度 [7] 。 图 5 不同 K 含量催化剂的 H2-TPR 图谱 Fig. 5 H2-TPR spectra of catalysts with different K contents…”

“…科研工作者们围绕 CO2 捕集与利用开展了大量研究 工作 [1] 。低碳烯烃是一种重要的化工原料，被广泛 用于合成树脂、合成橡胶和合成纤维的生产。随着 石油资源的枯竭和低碳烯烃需求量的增大，传统的 低碳烯烃生产方式如石脑油裂解等已无法满足现代 工业的发展需求。为此，研究者开展了将 CO2 与可 再生的 H2 相结合制备低碳烯烃的研究工作 [2] 。 有文献报道 [3] ，铁基催化剂在催化 CO2 加氢制 备低碳烯烃方面有较好的活性。一般认为，铁基催 化剂催化 CO2 加氢的反应过程是由逆水煤气反应 (RWGS) 和 费 托 合 成 反 应 (FTS) 偶联而成 [4] 。 Satthawong 等 [5][6] 发现在铁基催化剂引入少量钴助 剂能够促进 RWGS 反应， 提高 CO2 转化率并有利于 碳链的增长。同时加入 K、Mn 等 [4] 助剂可进一步提 升低碳烯烃的收率。尽管有文献报道 [4,[6][7] ，K 能够 改变铁基催化剂对 CO2 和 H2 的吸附，促进 C-C 键 的耦合提高 C2+产物的收率，从而改变产物的组成， 但 K 如何促进铁钴催化剂 CO2 加氢制低碳烯烃的机 制还缺乏较为系统的研究。 本课题组前期工作 [8] 发现，以 ZrO2 为载体的…”

“…2wt%， Co/(Fe+Co)=0.17 [6] (摩尔比)，x 表示 K/Fe(摩尔比)。 [9] ，从而提高了催化 反应稳定性。 [4,7] 对不同 K 含量的催化剂进行 H2-TPR 表征，结 果如图 5 所示。由图 5 可知，催化剂在还原过程中 出现了五个峰。 结合 XRD 可推断峰Ⅰ、峰 Ⅱ为 KNO3 的还原峰 [7] ，峰Ⅲ、峰Ⅳ分别对应由 Fe2O3 还原的 Fe3O4 和 Fe3O4 还原的单质 Fe [10] 。同时，随着 K 含 量的增加，峰Ⅲ、峰Ⅳ逐渐向高温偏移，说明…”

Catalysis effect on CO2 methanation using MgH2 as a portable hydrogen medium

“…or different fuels (methane, methanol, olefins, etc.). [5][6][7] CO 2 conversion constitutes a promising alternative to employ a contaminant as a building block for fuels. The methanation process, also known as Sabatier reaction, was first presented in 1902.…”

Thermochemical Energy Storage Performances of Steel Slag‐Derived CaO‐Based Composites

“…The utilization of CO 2 as a feedstock to synthesize fuels and highvalue chemicals (methanol, light olefins, etc.) is a promising approach [6][7][8]. Additionally, the adoption of renewable energies to replace traditional fossil fuels aiming to meet the growing demand for energy is another potential route [9,10].…”