新型含铬介孔MSU-x催化剂的制备及其在CO2氧化低碳烷烃脱氢反应中的应用
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘立成 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-07-03 |
| 授予单位 | 中国科学院过程工程研究所 |
| 授予地点 | 过程工程研究所 |
| 导师 | 张懿 |
| 关键词 | 介孔分子筛 低碳烷烃 二氧化碳 MSU-x 氧化脱氢 |
| 其他题名 | Study on new chromium based mesoporous MSU-x catalyst for catalytic oxidative dehydrogenation of low alkanes to alkenes by carbon dioxide |
| 学位专业 | 化学工艺 |
| 中文摘要 | CO2氧化低碳烷烃脱氢制相应烯烃反应的新工艺，结合了温室气体CO2的资源化转化与低碳烷烃的高效活化，具有诸多反应优势。但是CO2和低碳烷烃分子都很稳定，活化困难，因此选择合适的催化剂载体和活性组分，研制新型低温、高活性催化剂是此工艺取得突破的关键步骤。 本论文首次系统地研究了新型含铬介孔MSU-x催化剂的合成、界面信息、构效关系，分别针对乙烷、丙烷、异丁烷体系，研究了其在CO2氧化低碳烷烃脱氢制烯烃反应中的催化行为。主要研究内容和取得的创新性结果如下： 1. 合成了Cr原子嵌入MSU-x分子筛骨架中的Cr-MSU-x催化剂。较之传统的催化剂具有更大比表面积（～1000 m2/g）和均匀的三维蠕虫状立体交叉孔道结构，对于活性铬物种的分散和反应物分子在其孔道内进行扩散更为有利。通过控制合成条件，如Si/Cr比、晶化时间以及晶化温度，可以改变Cr-MSU-x催化剂的铬含量，从而改善其催化反应性能。表征表明，绝大部分Cr物种以活性较高的四配位Cr(VI)形式存在。 2. 以MSU-x作为载体，采用浸渍法制备了负载型Cr/MSU-x催化剂，Cr-MSU-x和Cr/MSU-x催化剂在CO2氧化乙烷脱氢制乙烯反应中均表现出良好的反应性能。反应温度为650 ℃，空速3600 ml•h-1•g-1，CO2/C2H6比为3的条件下，两催化剂的乙烷转化率分别可以达到39.8％和50.7％，乙烯选择性分别为94.1％和88.4％，达到或超过了文献报道的水平。通过催化剂的反应失活和再生性能研究，推测Cr-MSU-x催化剂上乙烷脱氢反应机理，发现了反应活性位的变迁：反应初期，Cr(VI)为活性中心，随着Cr(VI)在反应中被还原，Cr(III)成为脱氢反应活性中心。 3. 负载型Cr/MSU-x催化剂在CO2氧化丙烷脱氢制丙烯反应中表现出优异的反应性能。在空速3600 ml•h-1•g-1，CO2/C3H8比为3，反应温度550 ℃，常压条件下，12wt％Cr/MSU-x催化剂上丙烷转化率、丙烯选择性和收率可分别达到36.8％、89.1％和32.8％，优于文献报道的其他催化剂的性能。研究发现，升高反应温度、降低原料气流量或增加进料CO2/C3H8比对获得较大的丙烷转化率有利，但对产物丙烯选择性不利。通过不同铬含量Cr/MSU-x催化剂结构和性能的对比研究，推测Cr(III)物种是催化剂表面的反应活性物种。 此外，本论文还考察了Cr/MSU-x催化剂在CO2氧化异丁烷脱氢制异丁烯反应中的催化活性，发现提高催化剂的Cr2O3负载量、进料CO2/i-C4H10比例或降低进料总流量，可以使异丁烷转化率增加；CO2的加入从一定程度上可以提高异丁烷转化率和异丁烯选择性。 论文最后初步探索了一种采用分子定向负载氧化铬制备高性能含铬介孔催化材料的新方法，制备的催化剂表现出较高的反应活性和应用潜力。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-13 |
| 页码 | 141 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1178]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘立成. 新型含铬介孔MSU-x催化剂的制备及其在CO2氧化低碳烷烃脱氢反应中的应用[D]. 过程工程研究所. 中国科学院过程工程研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：过程工程研究所
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