交联粘土催化甲烷燃烧和乙苯脱氢反应的研究

【摘要】：蒙脱土是一种天然层状粘土,在我国储量丰富,价格低廉,是作为催化剂或 催化剂载体的较好选择,有广阔的应用前景。但天然蒙脱土层间距小、热稳定性 差,难以直接应用。 本论文用各种羟基聚合物为交联剂,取代天然蒙脱土层间可交换的阳离子而 制得交联蒙脱土(PILC),期望增大层间距和提高热稳定性,并把交联蒙脱土负 载型催化剂用于甲烷燃烧、乙苯脱氢等反应。 (1) 在蒙脱土原粉中引入Al-、AlZr-、AlCe-、AlLa-、AlY-交联剂,制得Al-、 AlZr-、AlCe-、AlLa-、AlY-PILC,底面间距明显增大,热稳定性显著提高;与 Al-PILC相比,AlZr-、AlCe-PILC的底面间距更大,热稳定性更高。 以这几种交联蒙脱土为载体,制得负载型Cu、Mn催化剂,考察了它们对甲 烷燃烧的催化活性,结果表明AlZr-、AlCe-、AlLa-、AlY-PILC负载型Cu、Mn 催化剂活性均高于Al-PILC催化剂;550℃下反应时,甲烷在Cu/AlZr-PILC、 Cu/AlCe-PILC催化剂上的转化率近90%。 (2) 以Al-、AlCe-、AlY-PILC为载体,离子交换法制得Fe/Al-PILC、 Fe/AlCe-PILC、Fe/AlY-PILC催化剂,它们对乙苯脱氢制苯乙烯具有较高的催化 活性和产物选择性。 (3) 用TiCl4水解合成Ti-交联剂,通过改变Ti/土,制备Ti-PILC。以其为载 体,用等体积浸渍法制得Cu/Ti-PILC系列催化剂。与原土相比,Ti-PILC的表面 -OH含量增多;Ti/土对甲烷在Cu/Ti-PILC上的燃烧活性有一定影响,Ti/土为 10mmol/g的20%Cu/Ti-PILC活性最高。 (4) 用Ti(OC4H9) 4水解合成Ti-交联剂,通过改变Ti/土,制备Ti-PILC。以其 为载体,用等体积浸渍法制得Cu/Ti-PILC催化剂。与原土相比,Ti-PILC的比表 面积有较大提高;Ti/土不同的Ti-PILC,比表面积亦不同,其中Ti/土为5、 10mmol/g 的Ti-PILC的比表面积较高,增大Ti/土,Ti-PILC的比表面积反而下降。在蒙脱 土层间引入Ti-交联柱,增加了表面-OH含量。Ti-PILC的TG、DTA曲线在100℃、 150℃、200-600℃处,分别出现了一个弱吸热峰、弱放热峰和强放热峰,伴随 着不同程度的失重,这分别归因于粘土表面吸附水的脱除、吸附在粘土表面的 Ti-交联剂和粘土孔内Ti-交联柱的燃烧所致。Cu/Ti-PILC对CH4燃烧反应有较高 山东大学硕士学位论文 的催化活性,Ti/土=10~。Fg的Ti一PILC的活性最高。 (5)以Ti(OC4Hg);和51(oCZHS);为前驱体,合成Ti一51一交联剂。通过改变51/Ti, 制备Ti一Si一PILC。以其为载体,用等体积浸渍法制得20%C记Ti一Si一PILC、 10%M可Ti一si一PILC催化剂。与原土相比,Ti一Si一PILC的表面一OH含量增多; Ti一51一PILC的TG、DTA曲线形状与Ti一PILC相似,分别在1 00、 1 50、200一600oC 处分别出现了一个弱吸热峰、弱放热峰和强放热峰,伴随着不同程度的失重,这 分别归因于粘土表面吸附水的脱除、吸附在粘土表面的Ti一si一交联剂和粘土孔内 Ti一51一交联柱的燃烧。20%C口Ti一51一PILC的催化活性均比20%C记Ti一PILC高,其 中51/Ti二40、50%的Cu/Ti一51一P几C和M可Ti一51一PILC的活性较高。 关键词:交联蒙脱土;交联蒙脱土负载型催化剂;甲烷燃烧;乙苯脱氢 【关键词】：交联蒙脱土 交联蒙脱土负载型催化剂 甲烷燃烧 乙苯脱氢
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：O621.251
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章文献综述与论文选题12-21
• 1交联粘土的研究12-17
• 1.1Al-交联蒙脱土12-15
• 1.2Ti-交联蒙脱土15-16
• 1.3Fe-交联蒙脱土16
• 1.4Zr-交联蒙脱土16-17
• 1.5结语17
• 2甲烷及低碳有机物催化燃烧的研究17-19
• 2.1负载型过渡金属氧化物17-18
• 2.2负载型贵金属催化剂18-19
• 3乙苯-CO_2氧化脱氢反应的研究19-20
• 4论文选题20-21
• 第二章论文研究方法21-23
• 1化学试剂21
• 2交联蒙脱土及其负载型催化剂的制备21-22
• 2.1蒙脱土的提纯与阳离子转型21
• 2.2合成交联剂21
• 2.3交联剂与蒙脱土反应制备交联蒙脱土21-22
• 2.4交联蒙脱土负载型催化剂的制备方法22
• 3结构表征22
• 3.1原子吸收光谱(AAS)22
• 3.2比表面积(BET)22
• 3.3X-射线衍射(XRD)22
• 3.4红外光谱(IR)22
• 3.5热分析(TG／DTA)22
• 4催化活性评价22-23
• 4.1甲烷燃烧反应22-23
• 4.2乙苯脱氢反应23
• 第三章Al基-交联蒙脱土催化甲烷燃烧和乙苯脱氢反应23-45
• 第一节Al基-交联蒙脱土负载型Cu、Mn催化剂催化甲烷燃烧反应24-38
• 1实验24-27
• 1.1交联蒙脱土(PILC)的制备24-25
• 1.2交联蒙脱土负载型催化剂的制备25-26
• 1.2.1A1-、AlZr-、AlCe-、AlLa-PILC负载型Cu、Mn催化剂(沉积-沉淀法)25-26
• 1.2.2Al-、AlY-交联蒙脱土负载型Cu、Mn催化剂(离子交换法)26
• 1.3结构表征26
• 1.4催化活性评价26-27
• 2结果与讨论27-37
• 2.1比表面积27
• 2.2X射线衍射27-30
• 2.3红外光谱30-31
• 2.4交联蒙脱土负载型Cu催化剂对CH_4燃烧的活性31-37
• 3结论37-38
• 第二节 Al基-PILC负载型Fe催化剂用于乙苯脱氢反应38-45
• 1实验38-39
• 1.1Al、AlM-(M=Ce、Y)交联剂的合成及交联蒙脱土的制备38
• 1.2Al-、AlM-交联蒙脱土负载型Fe催化剂的制备(离子交换法)38-39
• 1.3物化性质测试39
• 1.4催化活性评价39
• 2结果与讨论39-44
• 2.1Fe／AlM-PILC中的Fe含量分析39
• 2.2交联蒙脱土的比表面积39-40
• 2.3红外光谱40-41
• 2.4催化活性41-44
• 3结论44-45
• 第四章Ti基-交联蒙脱土负载型Cu、Mn催化剂催化甲烷燃烧反应45-60
• 第一节无机Ti-交联蒙脱土(Ti-PILC)45-49
• 1实验45-46
• 1.1Ti-PILC的制备45
• 1.2Ti-PILC负载型Cu催化剂的制备45-46
• 1.3物化性质测试46
• (1) 比表面积46
• (2) 红外光谱46
• (3) 催化剂的活性评价-甲烷燃烧反应46
• 2结果与讨论46-48
• 2.1Ti-PILC的比表面积46
• 2.2Ti-PILC的红外光谱46-47
• 2.320％Cu／Ti-PILC的催化活性47-48
• 3结论48-49
• 第二节有机Ti-交联蒙脱土(Ti-PILC)49-54
• 1实验49-50
• 1.1Ti-PILC的制备49
• 1.2物化性质测试49
• 1.3催化活性评价49-50
• 2结果和讨论50-53
• 2.1比表面积50
• 2.2红外光谱50-51
• 2.3热分析51-53
• 2.4催化活性53
• 3结论53-54
• 第三节有机Ti-Si-交联蒙脱土(Ti-Si-PILC)54-60
• 1实验54-55
• 1.1Ti-Si-PILC的制备54
• 1.220％Cu／Ti-Si-PILC，10％Mn/Ti-Si-PILC催化剂的制备54
• 1.3物化性质测试54-55
• 1.4催化剂的活性评价-甲烷燃烧反应55
• 2结果与讨论55-59
• 2.1Ti-Si-PILC的比表面积55
• 2.2Ti-Si-PILC的红外光谱55-57
• 2.3Ti-Si-PILC的热分析57-58
• 2.420％Cu／Ti-Si-PILC、10％Mn／Ti-Si-PILC的催化活性58-59
• 3结论59-60
• 第五章结论60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68
• 攻读学位期间发表的学术论文目录68

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