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近年来,由于丙烯在聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷、丙烯酸等生产中的大量应用,使其越来越受到人们的关注。同时,由于丙烷产量丰富,而使丙烷脱氢制丙烯成为满足丙烯需求量的重要途径之一。本文主要研究了丙烷脱氢催化剂,考察了助剂种类,浸渍方法,反应温度等对传统浸渍负载型催化剂丙烷脱氢性能的影响;负载量和反应条件等对Cr2O3/Al2O3催化剂脱氢性能的影响;以及载体种类,助剂种类,添加方法等对铂纳米颗粒催化剂的影响。同时,还研究了丙烷在Pt@Al2O3纳米颗粒催化剂上的脱氢反应本征动力学,得到合理的动力学模型。
对于传统PtSnK催化剂而言,不同孔径分布的载体,不同的浸渍方法,以及不同的助剂种类,对催化剂的丙烷脱氢性能均有不同影响。其中,当以γ-Al2O3为载体并以先Sn后Pt再K的顺序负载时,催化剂活性较高。同时,高温有利于反应进行,且氢气量的增加有助于减少副反应的发生。文中对铬系催化剂也做了研究,结果表明Cr2O3的最优负载量为15wt%。当助剂K的负载量为1.5wt%时,能有效提高催化剂活性。升高温度有利于转化率的提高,氢气的增加有利于提高丙烯选择性。
笔者还制备了铂纳米颗粒催化剂,作为本文的主要研究内容。实验确定了最合适的铂纳米制备方法为硼氢化钠法,最佳负载方法为超声波震荡负载法,PVP与Pt的最优比为15∶1,最佳载体为自制的中孔氧化铝。并通过BET,TEM,红外光谱分析,热重分析等手段分析了各种结果的可能原因。同时,本文还考察了Sn,K,Ce等助剂的添加量,添加方法等对不同载体催化剂丙烷脱氢性能的影响,并探究了其影响规律。在最后一章的本征动力学研究中,通过Mathcad软件辅助计算,得到丙烷脱氢反应在所考察条件范围内,遵循Langmuir-Hinshelwood机理,且表面反应为过程的控制步骤,并且模型拟合所得参数符合热力学判别准则。