Fe-ZSM-5催化劑上N2O氧化丙烷脫氫反應(yīng)及失活機(jī)理的研究.pdf

1、以溫室氣體N2O為氧化劑的丙烷脫氫反應(yīng)具有十分重要的意義。Fe-ZSM-5在N2O氧化丙烷脫氫中表現(xiàn)出了獨(dú)特的催化性能，具有較好的應(yīng)用前景。但其主要的缺點(diǎn)在于催化劑的活性較低，且催化劑失活較快。采用合適的方法制備高性能Fe-ZSM-5是本領(lǐng)域的挑戰(zhàn)之一。
　　 本文首先通過傳統(tǒng)固態(tài)離子交換法與金屬有機(jī)化學(xué)方法制備了Fe-ZSM-5催化劑。通過樣品的表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，金屬有機(jī)化學(xué)方法制備的Fe-ZSM-5中存在大量孤立的和少量寡核的F

2、e物種，進(jìn)一步確定其為骨架外Fe-O-Al物種。通過N2O脈沖吸附手段對(duì)Fe活性中心進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)總鐵物種的60％為活性Fe物種。N2O與骨架外Fe-O-Al物種相互作用可產(chǎn)生高溫穩(wěn)定的O-自由基。
　　 通過程序升溫實(shí)驗(yàn)以及原位紅外光譜對(duì)金屬有機(jī)化學(xué)方法制備的Fe-ZSM-5催化劑上N2O氧化丙烷脫氫反應(yīng)歷程與反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行研究，結(jié)果表明N2O活化產(chǎn)生高選擇性O(shè)-自由基參與丙烷氧化脫氫反應(yīng)，具體反應(yīng)歷程如下:N2O+*→N2

3、+*-O-;C3H8+*-O-→*-C3H6+H2O;*-C3H6→*+C3H6;*-C3H6→(allyl alcohol,acrolein, bicarbonate)→COx+*
　　 我們進(jìn)一步研究了反應(yīng)工藝條件對(duì)Fe-ZSM-5上N2O氧化丙烷脫氫反應(yīng)性能與失活的影響。結(jié)果表明748K為催化劑的最佳反應(yīng)溫度條件，反應(yīng)溫度對(duì)催化劑失活影響不大。隨著N2O/C3H8比值越低，單位時(shí)間內(nèi)催化劑上的積碳量越少，催化劑穩(wěn)定性增加。

4、比值為N2O/C3H8為1/2時(shí)，在748K下，該催化劑壽命可達(dá)48 h，失活后經(jīng)過再生催化性能仍能達(dá)到初始水平。熱重分析和GC-MS的結(jié)果說明積碳是由丙烯芳構(gòu)化生成的苯系物阻塞了分子篩的孔道所致，且隨著N2O/C3H8比值的增加，積碳速率越快。
　　 總之，金屬有機(jī)化學(xué)方法制備的Fe-ZSM-5催化劑在N2O氧化丙烷脫氫中表現(xiàn)出非常優(yōu)異的性能，骨架外Fe-O-Al物種是反應(yīng)的活性中心。反應(yīng)工藝條件對(duì)催化劑性能以及失活有非常顯著