以Al2O3納米片為載體的乙苯與CO2脫氫催化劑制備及性能研究.pdf

1、乙苯(EB)與CO2脫氫（CO2-ODEB）是一個高效、節(jié)能且環(huán)境友好的新型苯乙烯(ST)生產(chǎn)工藝，開發(fā)出高效催化劑是其實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。Al2O3是該反應(yīng)中最常用的催化劑載體，其表面性質(zhì)如酸-堿性、金屬-載體相互作用力等，對催化劑的脫氫性能具有重要影響。近年來，研究者發(fā)現(xiàn)具有特殊形貌的Al2O3作為催化劑載體，可以調(diào)控催化劑的物理化學(xué)性質(zhì)，是開發(fā)高效催化材料新的方法和途徑。
　　本論文以Al2O3納米片為載體，制備了Fe氧化

2、物、CeO2-ZrO2和C等三類負(fù)載型催化劑，并用于CO2-ODEB反應(yīng)研究。通過與傳統(tǒng)Al2O3載體對比，系統(tǒng)研究了這種Al2O3納米片載體的形貌、結(jié)構(gòu)及表面性質(zhì)對催化劑物理化學(xué)性質(zhì)及其CO2-ODEB反應(yīng)性能的影響，揭示其構(gòu)效關(guān)系，為高效CO2-ODEB催化劑的開發(fā)提供了理論和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)以Al2O3納米片為載體，采用等體積浸漬法制備了負(fù)載型Fe氧化物催化劑，并同傳統(tǒng)Al2O3載體進(jìn)行對比研究

3、。催化研究結(jié)果表明，以Al2O3納米片為載體的Fe氧化物催化劑具有更高的活性。在550℃下，該催化劑上EB轉(zhuǎn)化率達(dá)到了51.4％，為傳統(tǒng)Al2O3負(fù)載Fe氧化物催化劑的1.6倍。通過對載體和催化劑形貌、結(jié)構(gòu)及表面性質(zhì)的表征發(fā)現(xiàn)，Al2O3納米片載體因脫除了較多的-OH，其表面富含O2-堿性位點(diǎn)(9.93μmol/g)。這些O2-堿性位點(diǎn)通過浸漬過程中的界面化學(xué)作用，提高了催化劑的Fe氧化物分散度，所得催化劑表面Fe物種主要以低聚態(tài)Fex

4、Oy簇形式存在，該物種具有較高的催化活性。而傳統(tǒng)Al2O3載體的表面O2-堿性位點(diǎn)含量僅為3.48μmol/g，所得催化劑表面Fe物種主要以大尺寸的Fe2O3顆粒形式存在，該物種的催化活性較低。
　　(2)以Al2O3納米片為載體，采用沉積沉淀法制備了負(fù)載型CeO2-ZrO2催化劑，并同傳統(tǒng)Al2O3載體進(jìn)行對比研究。催化研究結(jié)果表明，以Al2O3納米片為載體的CeO2-ZrO2催化劑具有更高的活性和穩(wěn)定性。在600℃下，該催化劑

5、上初始EB轉(zhuǎn)化率達(dá)到了58.6％，反應(yīng)10h內(nèi)僅下降9.3％。通過對載體和催化劑形貌、結(jié)構(gòu)及表面性質(zhì)的表征發(fā)現(xiàn)，Al2O3納米片載體內(nèi)部含有大量狹縫型孔，這種獨(dú)特的孔通過影響沉積沉淀過程中CeO2-ZrO2前驅(qū)體沉淀的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高了催化劑的CeO2-ZrO2分散度和表面氧空位濃度。而傳統(tǒng)Al2O3載體內(nèi)部孔道為顆粒間隙孔，以其為載體的催化劑具有較低的CeO2-ZrO2分散度和表而氧空位濃度。
　　(3)以傳統(tǒng)Al2O3為載體，采

6、用填充-碳化法制備了一系列C覆蓋Al2O3(CCA)材料;并以AlOOH納米片(AlOOH-n)為載體，采用水熱碳包覆法制備了一系列具有核-殼結(jié)構(gòu)的Al2O3納米片@C(Al2O3-n@C)材料。研究了這兩類C-Al2O3復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)及其CO2-ODEB反應(yīng)性能。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在保持載體孔道結(jié)構(gòu)的最大碳負(fù)載量時(18.6wt％)，CCA材料的催化活性達(dá)到最高;當(dāng)載體孔道被嚴(yán)重堵塞時，CCA材料的催化性能大幅度降低。而Al2O3-n