Effect of CuAl2O4 Spinel Structure on CO Hydrogenation in Slurry Reactor

doi:10.7503/cjcu20200883

Abstract

Abstract:

The CuAl₂O₄ spinels were prepared by the solid-phase method， co-precipitation method， citric acid method， and sol-gel method. The activity of CO hydrogenation over CuAl₂O₄ spinel was evaluated in the slurry reactor. And the structure of CuAl₂O₄ spinel was characterized by XRD， BET， SEM， TEM， NH₃-TPD-MS， H₂-TPR and XPS. The results showed that CuAl₂O₄ spinel prepared by different methods had various texture parameters， surface enrichment degree， decomposition and reduction ability， which further affected the catalytic performance. The CuAl₂O₄ spinel prepared by the solid-phase method showed a larger pore size and pore volume， and the highest CuAl₂O₄ surface enrichment degree， resulting in incomplete decomposition of the spinel. However， CuO produce by the spinel decomposition was totally redyced， and the ratio of Cu⁺/Cu⁰ was relatively high， which favored the formation of higher alcohols. The selectivity of C₂₊OH in the product was as high as 31.1%. The other three spinels with relatively low CuAl₂O₄ surface enrichment were completely decomposed， but part of the CuO was not reduced. Moreover， the proportion of Cu⁰ was obviously increased. The synergistic effect of Cu⁰ and γ-Al₂O₃ was beneficial to the production of dimethyl ether（DME）. The highest DME selectivity was up to 72.9%.

Key words: CuAl₂O₄, CO hydrogenation, Dimethyl ether, Lower alcohol, Slurry reactor

CLC Number:

O643

TrendMD:

YAN Pengquan, WANG Jingrong, SHEN Yaxing, ZUO Zhijun, GAO Zhihua, HUANG Wei. Effect of CuAl₂O₄ Spinel Structure on CO Hydrogenation in Slurry Reactor[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(6): 1846.

Figures/Tables 10

References 38

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Sample	Before reaction^a			After reaction^a			d^b_CuAl2O4/nm
Sample	S_BET/(m²·g^-1)	V_BJH/(cm³·g^-1)	D_BJH/nm	S_BET/(m²·g^-1)	V_BJH/(cm³·g^-1)	D_BJH/nm	d^b_CuAl2O4/nm
So	19.2	0.15	30.3	20.8	0.12	30.2	20.6
Co	20.4	0.14	17.6	23.3	0.12	12.3	26.5
Ci	3.8	0.02	17.4	31.3	0.09	3.4	34.3
Sg	6.0	0.04	12.5	19.7	0.07	3.1	30.7

Sample	Before reaction^a			After reaction^a			d^b_CuAl2O4/nm
Sample	S_BET/(m²·g^-1)	V_BJH/(cm³·g^-1)	D_BJH/nm	S_BET/(m²·g^-1)	V_BJH/(cm³·g^-1)	D_BJH/nm	d^b_CuAl2O4/nm
So	19.2	0.15	30.3	20.8	0.12	30.2	20.6
Co	20.4	0.14	17.6	23.3	0.12	12.3	26.5
Ci	3.8	0.02	17.4	31.3	0.09	3.4	34.3
Sg	6.0	0.04	12.5	19.7	0.07	3.1	30.7

Sample	Molar fraction befor reaction^a(%)		Molar fraction after reaction^b(%)
Sample	CuO	CuAl₂O₄	CuO	Cu⁺	Cu⁰
So	23.4	76.6	0	93.1	6.9
Co	30.5	69.5	46.3	37.3	16.4
Ci	45.0	55.0	41.5	37.6	20.9
Sg	47.7	52.3	25.1	63.3	11.6

Sample	Molar fraction befor reaction^a(%)		Molar fraction after reaction^b(%)
Sample	CuO	CuAl₂O₄	CuO	Cu⁺	Cu⁰
So	23.4	76.6	0	93.1	6.9
Co	30.5	69.5	46.3	37.3	16.4
Ci	45.0	55.0	41.5	37.6	20.9
Sg	47.7	52.3	25.1	63.3	11.6

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