丙烯可用于合成聚丙烯、丙烯醛、异丙醇等通用材料,是重要的化工原料,其用量在石油化工行业排行第二。目前,丙烷催化脱氢工艺已实现工业应用的催化剂有Pt基、Cr基催化剂虽然拥有良好的催化活性,但各有相应的缺陷,Pt为贵金属,原材料昂贵,而Cr基催化剂有毒性,且都易结焦失活。因此,寻找对环境友好、高活性且经济效益高的催化剂备受研究者们关注。碳材料具有层次化多孔结构、高比表面积、丰富的表面官能团、环境友好性等显著特点,如今已作为傕化剂载体或催化剂在电催化和烷烃脱氢等领域中广泛使用,其中应用最多的碳材料催化剂为碳纳米管、合成微孔介孔碳材料、纳米金刚石、碳纤维等,但直接用活性炭用于丙烷脱氢反应的研究报道较少。活性炭相比其他碳材料而言,制备工艺更简单,且所需容易环境并不苛刻,价格低廉易得。尽管氧化脱氢反应能耗低,但直接脱氢反应条件较易控制,碳材料可避免氧化燃烧及产物深度氧化等副反应。因此,本文采用改性前后的商业活性炭作为丙烷脱氢催化剂,探讨其最优反应条件,研究该催化剂在丙烷催化脱氢反应过程中的活性及影响因素,探讨其活性位点。论文的主要内容如下:(1)采用浓盐酸去除所购买商业活性炭杂质,干燥后直接用于丙烷直接脱氢反应。通过改变催化剂反应条件来探讨反应温度与空速对活性炭催化性能的影响,从而选择最优反应条件。实验结果表明,此类活性炭用于丙烷直接脱氢反应时,当反应温度为600℃,总进料量为20ml/min,进料比为C3H8:Ar=1:19时,催化活性最佳,且具有更好的稳定性,但是相对而言,此条件下丙烯选择性偏低。(2)针对上述实验中所用活性炭催化剂在丙烷脱氢反应中的不足,采用四种不同磷源对活性炭进行改性,考察了其在丙烷脱氢催化反应中的活性。改性后的催化剂中,磷酸三乙酯(IEP)改性后活性炭(PT-AC)催化活性最佳,丙烯选择性也得到一定程度提升。针对此现象,改变TEP浓度,探讨其催化性能。实验结果表明,当TEP浸渍浓度为0.2wt%时,催化性能最优,初始转化率可达50.61%,选择性始终保持在左右90%。经过多重分析发现,磷掺杂可一定量去除催化剂表面亲电子基团(如羧酸基团),减少副反应,提高丙烯选择性。TEP掺杂浓度影响了催化剂表面活性位点的数量,且—定量的P=O基团可能也具备脱氢活性。(3)以上实验用商业活性炭的碳源未知,为探究不同碳源活性炭催化性能的区别,讲四种明确来源活性炭进行丙烷直接脱氢反应,分别为椰壳活性炭、果壳活性炭、木质活性炭、煤质活性炭。实验发现前两种生物质活性炭皆具有更高的催化活性,且反应前两个小时选择性处于缓慢上升阶段,之后趋于稳定。针对此现象,通过钼酸铵对果壳活性炭进行掺杂改性。活性测试表明,钼元素的加入明显提高了活性炭催化剂的丙烯选择性,并始终保持稳定。通过多种分析发现,钼元素的掺杂影响了活性炭傕化剂的表面羰基和羧酸基团的数量,从而提高了其在脱氢反应中的性能。