溶胶凝胶法制备铬基负载介孔硅催化剂及其在丙烷氧化脱氢反应中的应用

论文摘要

丙烯是塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料的基本原料,也是重要的化工原料,其需求量逐年增加。除传统的蒸汽裂解、催化裂化以及甲烷制丙烯（MTO）等方法外,新型的丙烯制备方法受到越来越多的关注。丙烷通常作为燃料使用,被广泛的用于驱动各种车辆,也常用作取暖和做饭时的燃料,经济效益低下。因而,通过丙烷脱氢技术,制备得到高经济效益的丙烯产品显得尤为重要。当前,铬系催化剂已用于丙烷脱氢的工业生产,但通常都是通过浸渍法制备而成,相比而言,溶胶凝胶法因其良好分散性在近年来被更广泛的关注。本文将采用溶胶凝胶法制备不同铬基负载介孔硅催化剂,并探究各条件变化其性能的影响。首先,采用溶胶凝胶法,分别在反应的不同阶段加入活性物前驱体九水合硝酸铬,制备得到铬基催化剂Cr/MSS-X。通过对催化剂进行活性评价,得到不同阶段加入活性物前驱体时各催化剂催化性能的差异,再依靠先进的科学技术对各催化剂进行表征,探究催化性能差异的根本原因。实验结果表明,在合成的成核初期过后加入活性物前驱体,得到的催化剂有最好的Cr分散性,从而表现出最优的催化性能。其次,采用溶胶凝胶法,分别使用水,水和乙醇混合溶液作为溶剂,将硅酸四乙酯和九水合硝酸铬依次加入,或将硅酸四乙酯和九水合硝酸铬预混后加入溶液,探究在不同体系中,预混和不预混情况下,催化剂催化性能的差异。结果表明在水溶液的体系中,不预混得到的催化剂其催化性能比预混好;然而在水和乙醇混合溶液体系中,预混得到的催化剂其催化性能优于不预混。最后,采用溶胶凝胶法和油水自组装,制备出核为小孔,壳为大孔的具有梯度孔结构的介孔二氧化硅载体,再通过传统浸渍的方法,将活性金属Cr浸渍在载体上,制备得到催化剂。通过表征和活性测试得到最优负载量,并与普通的单一介孔结构为载体的催化剂进行比较。结果表明,当Cr负载量为5%时,其催化性能最好,且较单一介孔结构为载体的催化剂有着更好的稳定性。

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摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 丙烷脱氢制丙烯的工业现状

1.3 丙烷催化脱氢制取丙烯的研究进展

1.3.1 丙烷直接脱氢制丙烯

1.3.2 丙烷氧化脱氢制丙烯

1.4 丙烷脱氢催化剂的研究进展

1.4.1 铂基催化剂

1.4.2 铬基催化剂

1.5 催化剂的制备方法

1.6 本论文的研究工作

第二章实验部分

2.1 实验药品

2.2 实验仪器

2.3 表征方法

2.3.1 X衍射射线（XRD）

2.3.2 低温氮气吸附-脱附

2.3.3 场发射扫描电子显微镜（FESEM）

2.3.4 透射电子显微镜（TEM）

2.3.5 激光拉曼光谱（RM）

2.3.6 紫外可见漫反射（UV-vis）

2.3.7 X射线光电子能谱（XPS）

2-TPR）'> 2.3.8 程序升温还原（H₂-TPR）

3程序升温脱附（NH₃-TPD）'> 2.3.9 NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）

2.3.10 热重分析（TG）

2.3.11 电感耦合等离子体光谱（ICP-AES）

2.4 催化剂评价

2.5 催化剂性能的计算

第三章 Cr前驱体加入时机对催化剂影响的探究

3.1 引言

3.2 催化剂制备方法

3.3 催化剂表征

3.4 催化剂评价

3.5 结果讨论

3.6 本章小结

第四章不同体系下预混与否对催化剂性能的影响

4.1 引言

4.2 催化剂制备方法

4.3 催化剂表征

4.4 催化剂评价

4.5 结果讨论

4.6 本章小结

第五章梯度孔结构对催化剂催化性能的影响

5.1 引言

5.2 催化剂的制备

5.2.1 载体的制备

5.2.2 催化剂的制备

5.3 催化剂表征

5.4 催化剂评价

5.5 结果讨论

5.6 本章小结

第六章全文总结

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果（含发表的学术论文）

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王浩渺

导师: 郭亚军

关键词: 丙烷氧化脱氢,溶胶凝胶法,介孔二氧化硅,氧化铬,二氧化碳

来源: 上海师范大学

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 有机化工,有机化工

单位: 上海师范大学

分类号: TQ426;TQ221.212

总页数: 69

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