過渡金屬氧化物納米介孔材料在丙烷選擇氧化脫氫制丙烯反應(yīng)中的研究.pdf

1、丙烷是一種不活潑的烷烴，大量存在于天然氣、油田輕烴、煉廠氣中。丙烷選擇氧化是利用儲量相對豐富的天然氣資源替代石油產(chǎn)品的化工生產(chǎn)途徑之一，在天然氣工業(yè)中有著極其重要的意義。目前人們對丙烷氧化脫氫反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究，并且研制了不同體系的催化劑體系，豐富發(fā)展了應(yīng)用化學(xué)和化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)理論。雖然丙烷氧化脫氫制丙烯的反應(yīng)為較低溫度下的放熱反應(yīng)，熱力學(xué)上容易進(jìn)行，可大大降低能耗。但從目前的研究結(jié)果來看，丙烷在反應(yīng)中容易被深度氧化生成CO、 C

2、O2等副產(chǎn)物，或者生成插氧產(chǎn)物而使丙烯的產(chǎn)率降低。目前，應(yīng)用于PODH反應(yīng)的催化劑體系還處在研究階段。由此，對丙烷氧化脫氫反應(yīng)中的活性位的研究以及影響丙烷產(chǎn)生不同反應(yīng)方向（選擇氧化方向和深度氧化方向）的因素的探索對指導(dǎo)開發(fā)高活性、高丙烯選擇性催化劑有重要意義。
　　本文選擇了可以活化丙烷的過渡金屬元素(V、Mo、Mn、Cu、Cr、W)為主要活性物種，針對目前催化劑在丙烷選擇氧化中仍然亟需解決的問題，開展了以納米晶催化劑體系以及介孔

3、過渡金屬氧化物催化劑體系在丙烷氧化脫氫反應(yīng)中的研究。通過對不同樣品體相/表面特性、氧化物晶體結(jié)構(gòu)、不同元素物種聚集形式、分布和價(jià)態(tài)、以及催化劑表面酸性質(zhì)及氧物種等的表征與分析，從宏觀和相對較微觀領(lǐng)域?qū)钚晕缓痛呋阅苓M(jìn)行了細(xì)致的研究。具體章節(jié)內(nèi)容如下:
　　第一章歸納分析了丙烷氧化制丙烯的應(yīng)用價(jià)值以及研究現(xiàn)狀。詳細(xì)總結(jié)了不同活性物種在催化反應(yīng)中的特性，并闡述了該課題當(dāng)今存在的問題和局限性。
　　第二章介紹了本論文中采用的實(shí)驗(yàn)

4、試劑、實(shí)驗(yàn)方法以及催化劑表征手段。
　　第三章中，利用水熱合成法成功合成了一系列Zr-M(M=V、Mo、Fe、Mn、Mg、Nb)納米晶催化劑。該制備方法可很好地分散活性組分。本章挑選不同元素?fù)诫s應(yīng)用于丙烷氧化脫氫反應(yīng)中，得到不同的催化活性，而Zr-V體系催化劑對丙烷有最高的催化活性（21.3％的丙烯得率）。并且，本章對催化劑的氧化還原性、催化劑表面的酸性質(zhì)（酸種類以及Brφnsted酸的產(chǎn)生原因）與PODH反應(yīng)進(jìn)行了構(gòu)效關(guān)系的研究

5、。
　　第四章通過硬模板法成功合成了介孔Mn2O3。并且以此作為載體，在其表面負(fù)載了V，Mo和Cu元素，進(jìn)行PODH反應(yīng)后得到了不同的催化活性數(shù)據(jù)。以丙烷和丙烯為探針分子通過原位紅外實(shí)驗(yàn)研究了在催化劑表面氧化反應(yīng)的反應(yīng)路徑;并通過原位IR和XPS等表征手段分析催化劑表面的酸性質(zhì)和氧物種的改變，發(fā)現(xiàn)催化性能和催化劑表面的酸性質(zhì)以及催化劑表面的氧物種有密切的關(guān)系。初步闡明了不同的元素氧化物，及其表面氧物種（種類、分布及活潑性等）促使丙