基于二氧化硅载体负载镓催化剂的制备及其在丙烷脱氢中的应用

摘要

丙烯作为一种重要的有机化工原料，在生产中不仅是聚丙烯的主要原料，也是苯酚、丙酮、丙二醇、丙烯腈、环氧丙烷、丙烯酸、丁醇、辛醇以及异丙醇等相关产品的主要原料。在现阶段发展中受到市场需求的影响，丙烯消费量显著提升，而丙烯产量却相对较为滞后。现阶段丙烯主要是通过石脑油经裂解制乙烯而联产丙烯以及炼厂催化裂化装置所产液化气经分离制丙烯、通过煤制甲醇然后再制造丙烯。随着石油资源的逐渐匮乏，传统的丙烯生产技术已经无法满足日益增长的丙烯需求，寻求新的丙烯生产技术已经成为石油化工行业的主要发展趋势。丙烷脱氢制丙烯生产技术在前期发展过程中因为丙烷价值相对较高、在工程投资过程中会受到各种因素的影响。随着现阶段发展，丙烯需求日益增长，工艺过程中也在不断改进，丙烷脱氢逐渐成为一种有效的工艺手段，通过此方式可提升对液化石油气资源的利用效率，进而将其变为烯烃。 目前丙烷直接脱氢制丙烯(PDH)已经实现工业化。对丙烷脱氢催化剂的研究主要集中在如何制备高转化率和高选择性的催化剂。传统催化剂常以钒或铬作为催化中心，或经过其他金属加以修饰达到更好的催化效果。不过钒或铬作为催化中心有各自的缺点。经过广泛的研究发现，镓作为活性中心，在丙烷脱氢制丙烯的反应中，催化剂可以表现出很好的催化效果。 本文中，采用水热合成法和等体积浸渍法制备催化剂。探究两种合成方法、合成过程中焙烧温度、以及镓的负载量对催化剂性能的影响。结果表明，焙烧温度是500℃和600℃时催化剂所表现出的催化活性要优于700℃焙烧的催化剂的催化活性（过高的焙烧温度会改变催化剂的物理性能从而影响催化活性）。 为了研究镓的负载量对催化剂的催化活性的影响，在催化剂的制备过程中，合成5种不同镓负载量的催化剂，镓的负载量分别为为1％、3％、5％、7％和9％。经过对比研究发现，当镓的负载量达到7％和9％时，催化剂的催化性能最好，活性组分镓氧化物可以更均匀的分布在载体表面。 研究两种合成催化剂的方法对催化剂的影响。等体积浸渍法首先制备出三维树枝状介孔二氧化硅球状载体，再根据镓的负载量计算出所需硝酸镓溶液的量，进行等体积浸渍，然后高温焙烧除去硝酸根离子，得到等体积浸渍法制备的催化剂。水热合成法是指，首先根据镓的负载量计算出所需硝酸镓溶液的量，在合成二氧化硅载体的过程中加入硝酸镓溶液，一步制得催化剂。对两种方法制备出的催化剂进行表征测试，结果显示:用两种方法制备的催化剂，其结构和性能有一定的差异;但是体积浸渍法制备的催化剂的催化性能要优于水热合成法制备的催化剂;两种催化剂都具有较好的稳定性。

目录

摘要

1．1研究背景及意义

1．2丙烯的应用

1．2．1 PP粒料

1．2．3丙烯酸(AA)、丁辛醇

1．2．4丙烯腈、丙酮

1．3丙烷脱氢制丙烯的方法

1．3．1催化脱氢法

1．3．2氧化脱氢法

1．3．3无机膜反应器中的丙烷脱氢

1．4丙烷脱氢的工业化

1．5丙烷脱氢催化体系介绍

1．6本文的研究目的及主要内容

2．1实验所用药品仪器

2．2催化剂的表征方法

2．2．1热重分析(TG-DTG)

2．2．2场发射电子扫描显微镜(FESEM)

2．2．3透射电子显微镜(TEM)

2．2．4紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)

2．2．5 NH3程序升温脱附测试(NH3-TPD)

2．2．6氮气吸附脱附测试(BET)

2．2．7 X射线光电子能谱(XPS)

2．2．8共焦激光拉曼光谱(RM)

2．2．9电感耦合等离子体光谱(ICP-AES)

2．3催化活性测试

第三章两种方法制备Ga2O3/SiO2催化剂

3．2催化剂的制备

3．3催化剂的表征分析

3．3．1催化剂的低温氮气吸附脱附分析

3．3．2催化剂的样貌分析

3．3．3镓氧化物的分散性分析

3．3．4表面酸性分布

3．4催化性能分析

3．5积碳分析

3．6催化剂的再生循环测试

3．7本章小结

第四章镓负载量对Ga2O3／SiO2催化剂的影响

4．1引言

4．2催化剂的制备

4．3催化剂的表征分析

4．3．1结构分布

4．3．2镓氧化物分散性分析

4．3．3表面酸性分析

4．4催化性能的分析

4．5积碳分析

4．6本章小结

第五章焙烧温度对Ga2O3/Si2O催化剂的影响

5．1引言

5．2催化剂的制备

5．3催化剂的表征分析

5．3．1结构分析

5．3．2镓氧化物分散性分析

5．3．3催化剂表面酸性分析

5．4催化性能的分析

5．5积碳分析

5．6本章小结

第六章结论

参考文献

致谢

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