镍基固体超强酸催化剂对将军庙烟煤的催化加氢转化

发布时间：2020-02-24 19:24

【摘要】：煤直接液化是实现煤炭资源高效利用的有效途径之一,高活性催化剂的制备是煤炭液化的关键技术。本研究首先将三氟甲烷磺酸(TFMSA)浸渍于纯化的凹凸棒土(PAP)上,制备出固体酸催化剂TFMSA/PAP,然后采用原位分解的方法将羰基镍在高压釜中热分解于TFMSA/PAP上,制备出镍基固体超强酸催化剂Ni-TFMSA/PAP。对Ni-TFMSA/PAP进行一系列的表征,结果表明,Ni-TFMSA/PAP具有较大的比表面积和强酸性,TFMSA与PAP之间存在相互作用,且金属Ni纳米粒子成功的负载在TFMSA/PAP表面,具有很好的分散性和较低的负载量。选择二萘甲烷(DNM)和二苯丙烷(DPP)作为煤的相关模型化合物(CRMCs)来探索Ni-TFMSA/PAP的催化加氢转化机理。结果表明Ni-TFMSA/PAP可以选择性的断裂DNM和DPP中的Car-Calk键,同时还可以促使芳环加氢。以萃取物(ES)、乙醇热熔物(ESP)、萃取渣(ER)和热熔渣(TDR)为反应物,在240 oC下分别进行催化加氢裂解(CHC)和非催化加氢裂解(NCHC)反应,通过GC/MS定性分析NCHC和CHC产物中的可溶组分(SPs),考察Ni-TFMSA/PAP对ES、ESP、ER和TDR的加氢裂解的催化作用。结果表明ER和TDR的CHC收率均大于NCHC,且ER催化前后的收率增量最大,达到了20%。说明经过丙酮/二硫化碳萃取去除小分子之后,Ni-TFMSA/PAP对ER的催化作用更加显著。ES、ESP、ER和TDR的CHC和NCHC所得的SPs中主要包含脂肪烃、芳烃、酚类、酯类、酮类以及少量的含氮和含硫化合物。ES、ESP、ER和TDR的CHC所得SPs中脂肪烃的含量均高于NCHC所得SPs中脂肪烃的含量,而且主要为饱和的芳烃,说明Ni-TFMSA/PAP对脂肪烃的生成具有促进作用。ES、ESP和TDR CHC所得SPs中芳烃的含量低于NCHC所得SPs中芳烃的含量,而ER的CHC所得SPs芳烃的含量高于NCHC,说明Ni-TFMSA/PAP能催化芳烃加氢饱和生成脂肪烃,同时也能催化煤中的Car Calk断裂,促进CHC所得SPs中芳烃的生成。选择含有Car Calk的烷基芳烃做为煤的相关模型化合物,考察Ni-TFMSA/PAP的催化加氢裂解反应机理。结果表明Ni-TFMSA/PAP能释放质子氢,选择性进攻芳环的取代位,导致Car Calk键的断裂;同时由于Ni的存在Ni-TFMSA/PAP能催化双原子氢转移,导致芳环加氢。基于模型化合物的裂解机理,结合煤的残渣CHC和NCHC所得SPs的族组分分布,揭示了煤样中一些芳烃和脂肪烃的生成机理。
【图文】：

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3 催化剂的表征与活性Ni-TFMSA/PAP 表面除了 TFMSA/PAP 中所检测的元素外，还检测到了 C Ni（6.37 at%）元素。其中 O、Mg、Al 和 Si 来自于 PAP 的骨架结构，，而 K 和 Fe 元素可能是 PAP 里的杂质。元素 C、S 和 F 来自于负载的 TFMSA，Ni 来自于 NTC 的分解，说明 TFMSA 和Ni 成功地负载在了 PAP 上面，且负载量较少。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36;TQ529.1

【参考文献】