本文關鍵詞：焙燒（類）水滑石負載鉑銦雙金屬丙烷脫氫催化劑的研究

  更多相關文章： 丙烷脫氫 Mg(Al)O-x Mg/Al摩爾比 活性誘導 共沉淀pH值 Zn/Al比

【摘要】：最近幾年,低烷烴轉(zhuǎn)變成增值的烯烴已經(jīng)引起了廣泛的關注,因為輕烷烴被廣泛地利用在聚合物工業(yè)和其他商業(yè)化學品領域作為稀有材料。目前,對丙烷脫氫(PDH)的研究主要集中在制備高效的催化劑去獲得可觀的丙烯收率。在所有的丙烷脫氫催化劑中,Pt基催化劑是最有前景的催化劑,尤其在銦助劑加入之后催化劑的催化性能進一步得到改善。合成了不同Mg/Al比的焙燒的鎂鋁水滑石載體(Mg(Al)O-x),再負載PtIn組分制得Pt In/Mg(Al)O-x催化劑。催化劑經(jīng)歷各種表征測試并應用于丙烷脫氫反應。結果表明,Mg/Al比能夠顯著地影響丙烷脫氫Pt In/Mg(Al)O-x催化劑的結構性質(zhì)和催化性能�？梢园l(fā)現(xiàn),Pt In/Mg(Al)O-4催化劑(Mg/Al摩爾比為4:1)擁有納米片狀結構、最高的比表面積、最小的平均金屬顆粒尺寸(2.5 nm)、最高的Pt分散度、和諧的酸堿性質(zhì)和良好的金屬物種還原性質(zhì)。同時,Pt In/Mg(Al)O-4催化劑擁有最高的丙烷轉(zhuǎn)化率和丙烯選擇性,在12小時單程反應中幾乎沒有失活。此外,Pt In/Mg(Al)O-4催化劑擁有良好的再生性能,在8次反應-再生循環(huán)后,其丙烷初始和最終轉(zhuǎn)化率仍能達到66.4%和43.5%,丙烯選擇性保持在95%之上。利用各種物理化學表征手段去探索PtIn/Mg(Al)O催化劑的活性變化原因和結構活性之間的關系。利用機理圖提出活性誘導和失活的原理。XPS結果證明,在整個脫氫反應過程中,Pt In/Mg(Al)O催化劑表面的In的化合價幾乎沒有發(fā)生變化。PtIn/Mg(Al)O催化劑的催化活性經(jīng)歷上升、穩(wěn)定和下降三個階段。活性的變化歸因于催化劑金屬顆粒尺寸的改變、積碳沉積狀態(tài)的改變、比表面積的改變和結晶相的改變。合成Mg(Al)O-pX載體過程中調(diào)變共沉淀pH值從6到12,研究pH值對制得催化劑結構和性能的影響�？梢园l(fā)現(xiàn),共沉淀pH值能夠很大程度上影響結晶相、比表面積、表觀形貌、表面酸性分布、金屬相的還原性質(zhì)、表面化學價態(tài)、金屬顆粒分布和積碳形成,從而導致催化性能的變化。當共沉淀pH值為8時,催化劑因為擁有最適合的結晶相和比表面積、最低的強酸和零價In比例、最強的金屬載體作用、最高的Pt分散度、最小的Pt顆粒尺寸、最佳的Pt顆粒分布和最低的積碳量,從而擁有最佳的催化性能。此外,Pt In/Mg(Al)O-p8催化劑的存在,整個28小時脫氫反應中消耗0.60 mol的丙烷能夠獲得0.37 mol的丙烯。調(diào)變共沉淀過程中的Zn/Al比制備Zn(Al)O-x載體,然后負載Pt In雙組份制得PtIn/Zn(Al)O-x催化劑。通過表征分析和活性評價測試可以發(fā)現(xiàn),Zn/Al比能夠顯著地影響丙烷脫氫Pt In/Zn(Al)O-x催化劑的結構性質(zhì)和催化性能。Pt In/Zn(Al)O-2催化劑(Zn/Al摩爾比為2:1)擁有用合適的比表面積和結晶相、最佳的弱酸和中強酸比例、最佳的Pt還原性質(zhì)和最強的金屬載體相互作用,導致其擁有最佳的催化性能,其初始丙烷轉(zhuǎn)化率達30.5%,丙烯選擇性大于93.0%。然而,Pt In/Zn(Al)O-1催化劑呈現(xiàn)最高的的尖晶石ZnAl2O4結晶相比例、最弱的金屬載體相互作用、最強的酸性、最高的積碳量,所以它表現(xiàn)出最差的催化性能。
【關鍵詞】：丙烷脫氫 Mg(Al)O-x Mg/Al摩爾比 活性誘導 共沉淀pH值 Zn/Al比
【學位授予單位】：上海師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ221.212;O643.36
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 綜述10-18
• 1.1 課題的背景及意義10
• 1.2 丙烷脫氫反應10-11
• 1.2.1 直接脫氫10
• 1.2.2 氧化脫氫10-11
• 1.3 脫氫催化劑研究11-15
• 1.3.1 鉻系催化劑11-12
• 1.3.2 氧化脫氫類催化劑12-13
• 1.3.3 鉑系催化劑13-14
• 1.3.4 催化劑載體研究14-15
• 1.4 水滑石15-16
• 1.4.1 水滑石簡介15
• 1.4.2 焙燒的（類）水滑石15-16
• 1.5 課題提出及本論文研究內(nèi)容16-18
• 第二章 Mg/Al摩爾比對丙烷脫氫Pt In/Mg(Al)O-x催化劑性質(zhì)的影響18-43
• 2.1 引言18-19
• 2.2 實驗部分19-22
• 2.2.1 Mg(Al)O-x載體的制備19
• 2.2.2 Pt In/Mg(Al)O-x催化劑的制備19
• 2.2.3 X射線衍射（XRD）19-20
• 2.2.4 低溫N_2物理吸附（BET）20
• 2.2.5 場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）20
• 2.2.6 氨氣和二氧化碳程序升溫脫附（NH_3-TPD和CO_2-TPD）20
• 2.2.7 丙烯程序升溫脫附（C_3H_6-TPD）20
• 2.2.8 透射電子顯微鏡（TEM）20-21
• 2.2.9 氫氣程序升溫還原(H_2-TPR)21
• 2.2.10 X射線光電子能譜（XPS）21
• 2.2.11 熱重分析（TG）21
• 2.2.12 一氧化碳化學吸附（CO-chemisorption）21
• 2.2.13 丙烷脫氫制丙烯反應21-22
• 2.3 結果與討論22-41
• 2.3.1 Mg/Al摩爾比對催化劑結構性質(zhì)的影響22-25
• 2.3.2 Mg/Al摩爾比對催化劑形貌的影響25-26
• 2.3.3 Mg/Al摩爾比對催化劑晶相的影響26-27
• 2.3.4 Mg/Al摩爾比對催化劑酸堿性質(zhì)的影響27-29
• 2.3.5 Mg/Al摩爾比對催化劑還原性質(zhì)的影響29-34
• 2.3.6 Mg/Al摩爾比對催化劑金屬顆粒分布的影響34-36
• 2.3.7 Mg/Al摩爾比對Pt In/Mg(Al)O-x催化性能的影響36-40
• 2.3.8 Pt In/Mg(Al)O-4 催化劑的反應-再生循環(huán)40-41
• 2.4 本章小結41-43
• 第三章 分析丙烷脫氫反應中Pt In/Mg(Al)O催化劑的活性誘導和失活43-55
• 3.1 引言43-44
• 3.2 實驗部分44-45
• 3.2.1 催化劑的制備44
• 3.2.2 催化劑表征44
• 3.2.3 催化活性測試44-45
• 3.3 結果與討論45-53
• 3.3.1 丙烷脫氫Pt In/Mg(Al)O催化劑的活性誘導和失活現(xiàn)象45-47
• 3.3.2 XPS分析47-48
• 3.3.3 XRD分析48-50
• 3.3.4 TEM和BET分析50-52
• 3.3.5 TPO分析52-53
• 3.3.6 Pt In/Mg(Al)O催化劑的活性誘導和失活機理53
• 3.4 本章小結53-55
• 第四章 共沉淀p H值對丙烷脫氫Pt In/Mg(Al)O催化劑性質(zhì)的影響55-73
• 4.1 引言55-56
• 4.2 實驗部分56-57
• 4.2.1 催化劑的制備56
• 4.2.2 催化劑的表征56
• 4.2.3 催化活性測試56
• 4.2.4 周轉(zhuǎn)頻率（TOF值）的計算56-57
• 4.3 結果與討論57-72
• 4.3.1 XRD評估57-58
• 4.3.2 氮氣吸附/脫附58-60
• 4.3.3 SEM分析60-61
• 4.3.4 NH_3-TPD研究61-62
• 4.3.5 H_2-TPR研究62-63
• 4.3.6 XPS分析63-66
• 4.3.7 pH值對金屬分布的影響66-68
• 4.3.8 pH值對催化性能的影響68-71
• 4.3.9 pH值、結構性質(zhì)和催化性能之間的關聯(lián)71-72
• 4.4 本章小結72-73
• 第五章 Zn/Al摩爾比對丙烷脫氫Pt In/Zn(Al)O-x催化劑性質(zhì)的影響73-83
• 5.1 引言73-74
• 5.2 實驗部分74
• 5.2.1 催化劑的制備74
• 5.2.2 催化劑的表征74
• 5.2.3 催化劑活性評價74
• 5.3 結果與討論74-82
• 5.3.1 催化劑的結晶行為74-75
• 5.3.2 催化劑的BET分析75-77
• 5.3.3 催化劑的形貌77-78
• 5.3.4 催化劑的酸性質(zhì)78-79
• 5.3.5 TPR分析79-80
• 5.3.6 不同Zn/Al比對Pt In/Zn(Al)O-x催化性能的影響80-82
• 5.4 本章小結82-83
• 第六章 全文總結83-85
• 參考文獻85-95
• 攻讀學位期間取得的成績95-96
• 致謝96

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