介孔氧化铬-氧化铝基复合氧化物催化剂催化乙苯-N2O氧化脱氢反应

作     者：孙晓慧 

作者单位：烟台大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐秀峰;李昱琳

授予年度：2024年

学科分类：081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：N2O分解 乙苯脱氢 氧化脱氢 催化剂 氧化铬-氧化铝基复合氧化物 

摘      要：氧化亚氮（NO）作为温室气体之一,其温室效应潜值（GWP）为310。乙苯（EB）直接脱氢是制备苯乙烯（ST）的传统工艺,耗能高、易积碳。NO分解与乙苯（EB）脱氢耦合制苯乙烯不仅可有效消除NO废气,而且可降低耗能、减少积碳、提高苯乙烯产率,是一条经济环保的绿色化工路线。 本论文针对于乙苯-NO氧化脱氢反应（NO-ODEB）,制备了一系列介孔氧化铬-氧化铝基复合氧化物催化剂,用N物理吸附、XRD、TEM、SEM、H-TPR、TGA、NH-TPD、XPS、原位DRIFT等技术对催化剂进行结构表征,探索催化剂的构效关系,揭示NO-ODEB反应机理,从而指导高活性催化剂的构建。研究内容和结果如下: （1）用溶剂蒸发诱导自组装法制备了介孔Cr-SiO-AlO催化剂,研究煅烧温度对催化性能的影响,结果表明,煅烧温度的升高有利于提高催化剂的比表面积,从而促进了活性物质的高度分散以及更多活性位点的暴露。Si和Al之间的相互作用使催化剂获得适宜的酸性位点,提高了Cr和O的含量,有助于NO-ODEB反应。Cr-5%SiO-AlO-850具有最佳的催化活性,EB转化率为71%,ST收率为44%。原位DRIFT分析发现增强EB在Cr-5%SiO-AlO-850催化剂上的吸附是提高催化性能的关键因素。 （2）用溶剂蒸发诱导自组装法制备了介孔Cr-TiO-AlO催化剂,用于NO-ODEB反应。研究表明,Ti的引入可明显改变催化剂的理化性质,提高催化性能,尤其促进NO分解活性。究其原因,一方面Ti的引入有利于引导催化剂形成良好有序的介孔结构,增大比表面积,并提供更多的活性位点;另一方面,Ti的加入增强了载体和Cr物种的相互作用,提高催化剂的还原性能,改变了催化剂表面的酸性位点的分布,有效降低了积碳的稳定性。其中,Cr-6%TiO-AlO-600催化剂EB转化率为71.8%,选择性为65.4%,ST收率达到47%,表现出优异的催化性能。 （3）用溶剂蒸发诱导自组装法制备了介孔Ce-Cr-AlO催化剂,用于NO-ODEB反应。结果表明,Ce的改性可进一步提高催化剂性能,ST收率最高达到54%。表征发现,Ce良好的储放氧性能提高了催化剂的还原性,有助于形成更多的活性氧,促进EB的氧化脱氢。催化剂表面的积碳效应得到了缓解,这可能与其表面酸位的强度改变有关。原位DRIFT揭示了EB脱氢与NO分解之间的耦合效应,表明吸附态NO与EB的反应是氧化脱氢反应的有效途径。