PtFe/silicalite-1催化剂的合成、表征及其丙烷脱氢性能研究

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丙烯是全球经济中最重要的原料之一,对生产各种有价值的化学品和燃料至关重要。由于化石燃料的稀缺和页岩气的发现,我们从页岩气中能够获得大量的丙烷作为原材料,通过丙烷脱氢(PDH)的方式生产目标产物丙烯,PDH由此也可以看做是一种具有潜力的、能够大量生产丙烯的方式。其中,Pt基催化剂由于其较高的活性和稳定性,在PDH反应中脱颖而出。本文以纯硅分子筛silicalite-1(S-1)为催化剂载体,通过改变三价铁和二价铁在S-1上的负载量、三价铁在S-1中的掺杂量,研究过渡金属铁含量以及金属与载体之间的协同作用对于丙烷脱氢性能的影响。运用XRD、XPS、Raman、N2-吸附脱附、H2-TPR、SEM、TG、TEM等表征方式对催化剂进行了一系列表征,同时进行了丙烷脱氢性能评价。得出以下结论:(1)利用水热法制备了一系列不同铁掺杂量的xFe-S-1载体,通过等体积浸渍法合成了Pt/x Fe-S-1催化剂,并对所制备的催化剂进行了表征以及丙烷脱氢性能评价。结果表明,在此系列催化剂中,Pt/1.0Fe-S-1催化剂的丙烷转化率最高,初始转化率为56.2%,在进行6 h脱氢反应后,转化率维持在48.3%,由于Fe物种采取原位的方式掺杂进S-1载体中,可能产生的酸中心导致催化剂上副反应容易发生,使催化剂稳定性较差。(2)为了避免原位合成过程中Fe掺杂进入S-1骨架导致酸中心的形成,以S-1载体,氯铂酸和Fe Cl3·6H2O为前驱体通过共浸渍法制得Ptx Fe Cl3/S-1催化剂。铁含量分别为0.1wt%、0.5wt%、0.7wt%、1.0wt%、1.5wt%、2.0wt%,与此同时对这一系列催化剂进行了表征以及丙烷脱氢性能评价。结果显示,负载适量的铁可以达到强化金属间、载体与金属间相互作用、提高Pt的分散度的效果。在此系列催化剂中,Pt2.0Fe Cl3/S-1催化剂的丙烷转化率最高,初始转化率为58.9%,在进行6 h脱氢反应后,转化率维持在56.2%,说明共浸渍法制备的催化剂较稳定。(3)为了进一步研究Fe前驱体中Fe的价态对催化剂的影响,以氯铂酸和FeCl2·4H2O溶液为前驱体,S-1为载体,通过共浸渍法制得Ptx Fe Cl2/S-1催化剂。铁含量分别为0.1wt%、0.5wt%、0.7wt%、1.0wt%、1.5wt%、2.0wt%,与此同时对这一系列催化剂进行了表征以及丙烷脱氢性能评价。由脱氢活性评价结果能够看出,在此系列催化剂中,Pt0.7Fe Cl2/S-1催化剂的丙烷转化率最高,初始转化率为61.2%,在进行6 h脱氢反应后,转化率维持在57.0%,通过表征发现,Fe2+在制备过程中转化为Fe3+,但与以Fe3+为前驱体制备的催化剂相比其活化丙烷能力增强。
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