Pt系催化剂催化丙烷脱氢反应机理研究

发布时间：2017-05-23 13:28

  本文关键词：Pt系催化剂催化丙烷脱氢反应机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于丙烯下游产业的蓬勃发展，市场对丙烯的需求量不断增长。丙烷脱氢工艺作为生产丙烯的主要替代工艺之一，受到了越来越多的关注。Pt基催化剂是丙烷脱氢工艺工业化的主要催化剂之一，而积碳和催化性能不稳定是其亟需解决的主要问题。因此，对Pt基催化剂催化性能和反应机理进行研究具有重大的意义和价值。本论文着重对Pt基催化剂催化丙烷脱氢制丙烯的反应机理进行了研究。 首先，通过控制载体的酸位以研究载体酸位对催化剂积碳过程的影响。通过对比普通焙烧和高温水蒸气处理的催化剂，揭示高温水蒸气处理对Al2O3载体酸位的影响。高温水蒸气的处理并未过多引起活性位的性质的变化，从而使两种催化剂具有相似的活性、选择性和金属分散度。NH3-TPD表征证明高温水蒸气处理减弱了载体上酸位的量，TPO表征则证明了高温水蒸气的处理影响积碳在活性组分表面和载体表面的分配。从而证明积碳前驱体最初形成于活性组分的表面，而后迁移或溢出到载体的表面，进行进一步的脱氢缩合反应，最终形成C/H比更高、更难氧化的积碳类型。 其次，研究了铜助剂对Pt/Al2O3催化剂对于丙烷脱氢反应的催化性能的优化作用，并作出了机理解释。铜助剂的引入，提高了丙烯的选择性、收率及反应的稳定性。其中最优的铜负载量为0.5wt%，反应260min时，Pt-Cu/Al2O3催化剂丙烯选择性为90.8%，丙烯收率为36.5%。Pt-Cu/Al2O3催化剂的抗积碳性能有所提升，这主要是由于Pt-Cu金属间的相互作用抑制了丙烯的吸附，减少了积碳的生成。此外，铜助剂的加入提高了C-C断键过程的能垒值，抑制了反应过程中副产物的生成，提高了丙烯的选择性及收率。 此外，通过利用原位表征进一步证明和阐述铜助剂提升催化性能的机理。通过TPSR表征说明铜助剂能够降低丙烷生成副产物的反应活化能，进而抑制了副产物生成。通过in-situ FTIR表征及C3H6-TPD测试结果则可进一步证明，铜助剂的加入，降低了丙烯在表面活性金属的脱附热，，减少了丙烯的吸附并抑制了积碳前驱体的形成，这对催化剂的稳定性及丙烯的收率的提升有重要的作用，从而使得Pt-Cu/Al2O3催化剂具有优异的催化性能。
【关键词】：丙烷脱氢 载体酸位 Pt-Cu/Al2O3双金属催化剂 原位表征
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O623.121
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 文献综述9-19
• 1.1 丙烯的性质、用途及主要来源9-10
• 1.2 丙烯生产的主要新工艺10-14
• 1.3 丙烷脱氢的工艺研究现状14-19
• 1.3.1 热力学研究14-15
• 1.3.2 催化剂研究15-17
• 1.3.3 动力学研究17-19
• 第二章 实验方法19-26
• 2.1 实验原料19-20
• 2.2 催化剂制备20-21
• 2.3 催化剂表征21-23
• 2.3.1 N_2物理吸附21
• 2.3.2 程序升温氧化（TPO）21
• 2.3.3 H_2化学吸附21
• 2.3.4 NH_3程序升温脱附（NH3-TPD）21-22
• 2.3.5 透射电镜（TEM）22
• 2.3.6 热重分析（TG）22
• 2.3.7 X 射线光电子能谱（XPS）22
• 2.3.8 拉曼光谱（Raman）22
• 2.3.9 傅里叶红外吸收振动光谱（FTIR）22
• 2.3.10 丙烯程序升温脱附（C_3H_6-TPD）22-23
• 2.3.11 程序升温表面反应（TPSR）23
• 2.3.12 原位红外反应（in-situ FTIR）23
• 2.4 催化反应性能评价23-26
• 2.4.1 实验装置及流程23-24
• 2.4.2 产物分析方法24
• 2.4.3 催化剂活性评价指标24-26
• 第三章 载体酸位对 Pt/Al_2O_3催化剂积碳形成过程的影响26-33
• 3.1 引言26
• 3.2 催化剂表征26-32
• 3.2.1 催化剂的织构表征26-27
• 3.2.2 催化剂的活性测试27-29
• 3.2.3 催化剂的 NH_3-TPD 表征结果29-30
• 3.2.4 催化剂的 TPO 表征结果30-32
• 3.3 小结32-33
• 第四章 铜助剂对 Pt/Al_2O_3催化丙烷脱氢反应性能影响研究33-49
• 4.1 引言33
• 4.2 催化剂活性测试33-37
• 4.2.1 不同铜负载量的 Pt-Cu/Al_2O_3催化剂的活性测试33-36
• 4.2.2 Pt/Al_2O_3和 Pt-Cu/Al_2O_3催化剂 16h 活性测试36-37
• 4.3 反应前催化剂表征37-40
• 4.3.1 催化剂的物性表征37-38
• 4.3.2 TEM 表征38-39
• 4.3.3 CO 红外吸附表征39-40
• 4.4 反应后催化剂表征40-45
• 4.4.1 TEM 表征40-41
• 4.4.2 TG 表征41-42
• 4.4.3 TPO 表征42-43
• 4.4.4 Raman 表征43-45
• 4.5 讨论45-47
• 4.6 本章小结47-49
• 第五章 原位表征及脱附动力学研究49-57
• 5.1 引言49
• 5.2 催化剂原位表征49-52
• 5.2.1 原位红外表征49-51
• 5.2.2 TPRS 表征51-52
• 5.3 动力学脱附测脱附热52-56
• 5.4 小结56-57
• 第六章 结论与展望57-59
• 6.1 结论57
• 6.2 展望57-59
• 参考文献59-67
• 发表论文和科研情况说明67-68
• 致谢68-69

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