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品的化工生產途徑之一，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已經進行了廣泛的研究，并且研制了不同體系的催化劑體系，豐富發(fā)展了應用化學和化學反應工程學理論。雖然丙烷氧化脫氫制丙烯的反應為較低溫度下的放熱反應，熱力學上容易進行，可大大降低能耗。但從目前的研究結果來看，丙烷在反應中容易被深度氧化生成CO、 C

2、O2等副產物，或者生成插氧產物而使丙烯的產率降低。目前，應用于PODH反應的催化劑體系還處在研究階段。由此，對丙烷氧化脫氫反應中的活性位的研究以及影響丙烷產生不同反應方向（選擇氧化方向和深度氧化方向）的因素的探索對指導開發(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中的研究。通過對不同樣品體相/表面特性、氧化物晶體結構、不同元素物種聚集形式、分布和價態(tài)、以及催化劑表面酸性質及氧物種等的表征與分析，從宏觀和相對較微觀領域對活性位和催化性能進行了細致的研究。具體章節(jié)內容如下:
　　第一章歸納分析了丙烷氧化制丙烯的應用價值以及研究現(xiàn)狀。詳細總結了不同活性物種在催化反應中的特性，并闡述了該課題當今存在的問題和局限性。
　　第二章介紹了本論文中采用的實驗

4、試劑、實驗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。本章挑選不同元素摻雜應用于丙烷氧化脫氫反應中，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（酸種類以及Brφnsted酸的產生原因）與PODH反應進行了構效關系的研究

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，在其表面負載了V，Mo和Cu元素，進行PODH反應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驗研究了在催化劑表面氧化反應的反應路徑;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以及催化劑表面的氧物種有密切的關系。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