Li-Mn氧化物体系催化剂上甲烷氧化偶联反应的研究

发布时间：2017-11-12 15:34

  本文关键词：Li-Mn氧化物体系催化剂上甲烷氧化偶联反应的研究

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【摘要】：甲烷氧化偶联反应(OCM)制乙烯是甲烷综合利用领域的一个重要反应,而且可利用自然界丰富的天然气资源生产乙烯。研制高效稳定的OCM催化剂一直以来都是甲烷氧化偶联反应研究的重点。本文首先以锂锰氧化物作为活性组分,制备并考察了不同金属氧化物为载体的Li-Mn/MO_x(M=Mg、La、Ti、Si、Zr和Ta等)催化剂,结果表明,以TiO_2为载体制备的Li-Mn/TiO_2催化剂具有较高的甲烷的转化率与C_2烃选择性。Li/Mn=1:2的Li-Mn/TiO_2催化剂具有最高的甲烷转化率,C_2烃特别是C_2H_4选择性,推测此时Li和Mn形成了LiMn_2O_4,可能对催化剂活性具有促进作用。其次研究了不同制备方法对Li-Mn/TiO_2催化剂活性的影响,浸渍法与固相反应法的效果整体最好,溶液燃烧法与混浆法次之。详细探讨了LiMn_2O_4/TiO_2催化剂中各成分的作用,结果表明,具有典型尖晶石结构的LiMn_2O_4催化剂具有较高的活性,在775℃、0.1MPa、7200m L/(h·g)-1,CH_4:O_2=2.5的条件下,甲烷转化率可达25.8%,C_2选择性可达43.2%。这就进一步确定了LiMn_2O_4对OCM活性的作用,而TiO_2的存在不仅可提高甲烷转化率和C_2选择性,还有效抑制了甲烷完全氧化形成CO_2。负载8%LiMn_2O_4的LiMn_2O_4/TiO_2催化剂性能最优,此时甲烷转化率达到31.6%,C_2选择性为52.4%,CO_2选择性降低到26.3%。考察了焙烧温度对催化剂活性的影响,850℃为LiMn_2O_4/TiO_2催化剂的最佳焙烧温度。最后,探讨了以La_2O_3为载体的Li-Mn/La_2O_3催化剂体系,发现稀土金属氧化物La_2O_3的存在可促使OCM反应在相对较低的温度下进行,且甲烷转化率与C_2烃选择性较高。考察了催化剂组成对OCM反应活性的影响,并采用碱金属或过渡金属掺杂部分取代Li、Mn,进一步提高了催化剂的催化活性与热稳定性,而以碱金属Na掺杂改性形成的双碱金属催化剂3%(Li-Na)-5%Mn-5%Sr/La_2O_3的催化效果最好,700℃、CH_4:O_2=2..5、GHSV=7200m L/(g·h)~(-1)为最佳的操作条件。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ221.211

【参考文献】

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本文编号：1176557