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甲烷两步转化反应中负载Pt催化剂的载体效应

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:20:35
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甲烷两步转化反应中负载Pt催化剂的载体效应【摘要】:本文以微孔沸石分子筛(Y型和Beta型)和中孔材料MCM-41为载体,运用真空浸渍法制备负载纳米Pt金属簇催化剂。结合XRD,低

【摘要】:本文以微孔沸石分子筛(Y型和Beta型)和中孔材料MCM-41为载体,运用真空浸渍法制备负载纳米Pt金属簇催化剂。结合XRD,低温N_2吸附,NH_3-TPD和TEM等现代物化表征技术对各种载体的结构和表面性质以及金属粒子在载体表面上的分散状态进行了考察。在此基础上,将这些催化剂用于甲烷的两步等温转化反应,系统地考察了中微孔分子筛的结构和表面性质对催化反应的影响。 首先,通过离子交换对沸石分子筛表面酸性进行调节,并以此为载体负载Pt金属簇。主要考察了催化剂中载体酸性对甲烷低温两步反应的影响。研究发现,随载体酸性的增强,甲烷催化反应活性明显增加,产物中生成高碳烷烃的选择性逐渐增大,但由于载体酸性可同时加快副反应(高碳烷烃产物氢解反应)的速度,从而表现出催化剂Pt/HY对生成C_(6+)烷烃的选择性较催化剂Pt/HNaY的低。此外,在采用程序升温加氢反应(TPH)对甲烷吸附裂解中间产物CHx的分布及加氢反应性进行考察时发现,虽然在各种催化剂上碳物种生成的形式相似,但各碳物种的生成量及加氢反应性均随载体酸性的增强而增大。 其次,通过水热晶化法制备出纯硅及不同Si/Al比的MCM-41试样,采用先经各种抽提液(纯乙醇或含NH_4NO_3, 太原理工大学硕士研究生学位论文 HAc和NaN03的醇溶液)处理后焙烧的方式脱除MCM一41孔道 内的模板剂,并以此作为负载R金属簇的载体。研究结果表 明,使用含盐或酸的乙醇溶液可有效脱除MCM一41孔道内的 大部分模板剂分子而不会对孔道结构造成任何破坏。此外,在 经酸性乙醇溶液处理Al一MCM一41的过程中,可同时进行离子 交换反应,形成具有质子酸的HMCM一41。另一方面,在 MCM一41制备过程中,通过改变配料Si/A1比可达到调节材料 孔径的目的,即随Si/A1的增加,载体孔径逐渐减小而比表面 逐渐增大。 最后,选取系列催化剂P灯MCM一41进行甲烷低温两步反 应,考察了载体MCM一41的结构及表面性质对甲烷同系聚合 催化反应的影响。研究发现,纯硅MCM一41因其具有最高的 比表面和较小的孔径,有利于R粒子以较小的粒径在其内表 面高度分散均匀,从而表现出对甲烷转化具有最高的催化活 性。另外,就经酸性抽提液处理的Al一MCM一41负载催化剂而 言,甲烷催化转化活性亦随载体酸性的增强而增大。同时,在 对CHx物种加氢反应性进行考察时发现,MCM一41载体酸性 对碳物种的分布具有选择性,即酸性载体有利于促进CQ和C p的生成以及C一C键的增长。 【关键词】:催化剂 载体效应 中孔材料 分子筛 甲烷转化
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:O643.3
【目录】:
  • 摘要2-4
  • ABSTRACT4-10
  • 第一章 文献综述及选题10-35
  • 1.1 引言10-11
  • 1.2 负载金属簇催化剂的制备方法11-13
  • 1.2.1 浸渍法11
  • 1.2.2 离子交换法11-12
  • 1.2.3 溶胶-凝胶法12-13
  • 1.2.4 金属有机物分解法13
  • 1.2.5 聚合物保护法13
  • 1.3 载体对催化剂性能的影响13-17
  • 1.3.1 载体电子效应14-15
  • 1.3.2 载体几何效应15-17
  • 1.4 中孔材料MCM-41的研究17-19
  • 1.4.1 MCM-41的结构表征与性能研究18
  • 1.4.2 MCM-41孔道内模板剂的脱除对载体性质的影响18-19
  • 1.5 甲烷转化的研究19-27
  • 1.5.1 甲烷活化及转化的意义19-20
  • 1.5.2 甲烷活化及转化途径20-22
  • 1.5.3 “两步法”甲烷转化生成高碳烃22-27
  • 1.5.3.1 甲烷裂解制烃机理23-25
  • 1.5.3.2 金属类型的影响25-26
  • 1.5.3.3 催化剂载体对反应的影响26
  • 1.5.3.4 反应条件对甲烷反应的影响26-27
  • 1.6 选题的目的与意义27-28
  • 参考文献28-35
  • 第二章 实验部分35-40
  • 2.1 主要原料及试剂35
  • 2.2 催化剂的制备35-37
  • 2.2.1 沸石负载Pt催化剂的制备35-36
  • 2.2.2 催化剂Pt/MCM-41的制备36-37
  • 2.2.2.1 MCM-41的合成36
  • 2.2.2.2 MCM-41孔道内模板剂分子的脱除36
  • 2.2.2.3 Pt/MCM-41的制备36-37
  • 2.3 物化性能表征37-38
  • 2.4 甲烷催化转化反应38-39
  • 2.4.1 甲烷催化反应38
  • 2.4.2 TPH反应38-39
  • 参考文献:39-40
  • 第三章 沸石载体酸性对甲烷两步转化的影响40-50
  • 3.1 沸石经离子交换后载体性质的变化40-41
  • 3.2 催化剂PT/Y上的甲烷两步等温转化41-43
  • 3.3 催化剂PT/BETA上的甲烷两步等温转化43-45
  • 3.4 沸石负载PT催化剂上表面碳物种CHX的分布及反应性45-47
  • 3.5 小结47-48
  • 参考文献:48-50
  • 第四章 催化剂PT/MCM-41的制备和表征50-60
  • 4.1 离子交换对载体和催化剂电子性质的影响50-55
  • 4.2 SI/AL比对载体和催化剂结构的影响55-58
  • 4.3 小结58
  • 参考文献:58-60
  • 第五章 甲烷两步转化反应中PT/MCM-41的载体效应60-75
  • 5.1 MCM-41载体电子性质对甲烷转化的影响60-66
  • 5.1.1 载体酸性对甲烷转化活性和选择性的影响61-62
  • 5.1.2 反应温度对甲烷转化的影响62-64
  • 5.1.3 载体酸性对表面碳物种CHX的分布及反应性的影响64-66
  • 5.2 MCM-41载体几何性质对甲烷转化的影响66-71
  • 5.2.1 粒度效应与催化活性和选择性的关系67-68
  • 5.2.2 甲烷转化碳分布68-69
  • 5.2.3 反应温度对催化反应的影响69-71
  • 5.3 MCM-41与沸石载体对甲烷催化效果的比较71-73
  • 5.4 小结73-74
  • 参考文献:74-75
  • 总结与展望75-78
  • 致谢78


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