采用"沉淀-浸漬"法制備一系列不同硫酸負(fù)載量的SO₄^2-/ZrO₂-Al₂O₃催化劑,利用N2吸附-脫附、Py-FTIR、XRD等手段對催化劑進(jìn)行表征。在常壓、200℃、H₂∶C₄=2∶3和質(zhì)量空速為3 h^-1的反應(yīng)條件下,在固定床微型反應(yīng)評價裝置上考察了硫酸負(fù)載量對SO₄^2-/ZrO₂-Al₂O₃催化正丁烷異構(gòu)化反應(yīng)性能的影響。Py-FTIR結(jié)果表明,硫酸化處理為催化劑表面提供了豐富的Br?nsted酸性位,其中,強(qiáng)Br?nsted酸性位在正丁烷異構(gòu)化反應(yīng)中起重要作用,因此,硫酸化處理可顯著提高正丁烷異構(gòu)化活性,而Lewis酸性位與之沒有直接關(guān)系。 

【文章來源】：燃料化學(xué)學(xué)報. 2017,45(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

不同硫酸負(fù)載量催化劑的XＲD譜圖

應(yīng)。硫酸改性處理之后，催化劑表面生成了Br?nsted酸性位。隨著硫酸負(fù)載量的增加(0－15%)，Br?nsted酸性位數(shù)目呈現(xiàn)增加趨勢，值得注意的是隨著硫酸負(fù)載量的增加，Br?nsted酸性位數(shù)目的增長幅度越來越慢，這與前述催化劑表面實際硫酸物種的變化趨勢一致，進(jìn)一步說明硫酸化過程為催化劑表面提供了Br?nsted酸性位。圖2不同硫酸負(fù)載量催化劑的吡啶吸附紅外光譜譜圖Figure2Py-FTIＲspectraofadsorbedpyridineondifferentsamples圖3為不同硫酸負(fù)載量催化劑的正丁烷異構(gòu)化反應(yīng)性能。圖3不同硫酸負(fù)載量的催化劑正丁烷異構(gòu)化反應(yīng)性能Figure3Catalyticperformancesofn-butaneisomerizationoverdifferentsamples(reationconditions:t=200℃，p=1．01×105Pa，H2∶C4=2∶3)由圖3可知，未經(jīng)硫酸改性處理的催化劑上正丁烷轉(zhuǎn)化率非常低(＜5%)，表明未硫酸化的氧化鋯表面能夠催化烷烴發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)的活性位數(shù)目很少。硫酸化處理后，正丁烷異構(gòu)化活性顯著提高;且隨著硫酸負(fù)載量的增加，催化劑異構(gòu)化活性增長趨勢先快(硫酸負(fù)載量0－4%)后慢(4%－8%)最后趨于平緩(8%－15%);正丁烷轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)40%，異丁烷選擇性始終維持在90%左右。作者發(fā)現(xiàn)，不同硫酸負(fù)載量催化劑上正丁烷轉(zhuǎn)化率與催化劑表面Br?nsted酸中心數(shù)量呈良好的線性相關(guān)關(guān)系，而與Lewis酸中心數(shù)量沒有直接關(guān)系(見圖4)。由此可以初步得出結(jié)論:Br?nsted酸性位在異構(gòu)化反應(yīng)中起到重要作用，而Lewis酸與反應(yīng)性能之間沒有直接關(guān)系。此外，不同硫酸負(fù)載量的催化劑作用下正丁烷異構(gòu)化反應(yīng)結(jié)果也與之前的硫酸化氧化鋯晶粒粒徑變化相對應(yīng)。隨著硫酸負(fù)載量的增加，晶粒變小，一方面，使得暴露的活性位數(shù)目增多;另一方面，反應(yīng)中生成的異丁烷在介孔中的擴(kuò)散路徑變短，更

應(yīng)。硫酸改性處理之后，催化劑表面生成了Br?nsted酸性位。隨著硫酸負(fù)載量的增加(0－15%)，Br?nsted酸性位數(shù)目呈現(xiàn)增加趨勢，值得注意的是隨著硫酸負(fù)載量的增加，Br?nsted酸性位數(shù)目的增長幅度越來越慢，這與前述催化劑表面實際硫酸物種的變化趨勢一致，進(jìn)一步說明硫酸化過程為催化劑表面提供了Br?nsted酸性位。圖2不同硫酸負(fù)載量催化劑的吡啶吸附紅外光譜譜圖Figure2Py-FTIＲspectraofadsorbedpyridineondifferentsamples圖3為不同硫酸負(fù)載量催化劑的正丁烷異構(gòu)化反應(yīng)性能。圖3不同硫酸負(fù)載量的催化劑正丁烷異構(gòu)化反應(yīng)性能Figure3Catalyticperformancesofn-butaneisomerizationoverdifferentsamples(reationconditions:t=200℃，p=1．01×105Pa，H2∶C4=2∶3)由圖3可知，未經(jīng)硫酸改性處理的催化劑上正丁烷轉(zhuǎn)化率非常低(＜5%)，表明未硫酸化的氧化鋯表面能夠催化烷烴發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)的活性位數(shù)目很少。硫酸化處理后，正丁烷異構(gòu)化活性顯著提高;且隨著硫酸負(fù)載量的增加，催化劑異構(gòu)化活性增長趨勢先快(硫酸負(fù)載量0－4%)后慢(4%－8%)最后趨于平緩(8%－15%);正丁烷轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)40%，異丁烷選擇性始終維持在90%左右。作者發(fā)現(xiàn)，不同硫酸負(fù)載量催化劑上正丁烷轉(zhuǎn)化率與催化劑表面Br?nsted酸中心數(shù)量呈良好的線性相關(guān)關(guān)系，而與Lewis酸中心數(shù)量沒有直接關(guān)系(見圖4)。由此可以初步得出結(jié)論:Br?nsted酸性位在異構(gòu)化反應(yīng)中起到重要作用，而Lewis酸與反應(yīng)性能之間沒有直接關(guān)系。此外，不同硫酸負(fù)載量的催化劑作用下正丁烷異構(gòu)化反應(yīng)結(jié)果也與之前的硫酸化氧化鋯晶粒粒徑變化相對應(yīng)。隨著硫酸負(fù)載量的增加，晶粒變小，一方面，使得暴露的活性位數(shù)目增多;另一方面，反應(yīng)中生成的異丁烷在介孔中的擴(kuò)散路徑變短，更


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