钛改性载体在磷化镍催化剂加氢脱氮反应中的应用研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 1次 | 上传用户:yushui223
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燃油中的含氮化合物不仅在燃烧过程中产生NOx化合物对环境造成污染,而且还对加氢重整、加氢脱硫和加氢裂化等过程的催化剂有毒化作用,因此,对燃油加氢脱氮(HDN)反应及其高活性催化剂的研究与开发,对于生产绿色环保的“零排放”的超清洁燃油、保护人类生存环境有着重要的理论及现实意义。近年来,磷化镍作为一种新型的加氢精制催化剂,其高加氢脱硫、加氢脱氮活性和稳定性受到了研究者的广泛关注。而如何对载体进行改性以进一步提高磷化镍催化剂HDN反应活性,如何寻找一条既环保又温和的方法来实现磷化镍制备,是磷化镍催化剂开发中值得深入研究的问题。为此,本论文采用不同方法制备了TiO2-SiO2、TiO2-Al2O3复合载体及Ti-SBA-15载体,重点围绕钛改性载体在磷化镍加氢脱氮催化剂方面的应用做了较深入系统的研究,同时还对水热/溶剂热方法制备磷化镍做了初步探讨,主要研究内容包括:采用溶胶-凝胶法制备了不同Ti/Si摩尔比的TiO2-SiO2复合载体,考察了活性组分负载量、Ni/P摩尔比、Ti/Si摩尔比对磷化镍催化剂活性的影响。结果表明,TiO2和SiO2复合形成了Ti-O-Si键,酸量和酸性有所增强,n(Ti)/n(Si)=1/2时复合载体的比表面积最大,总酸量适中,其负载的磷化镍催化剂具有较好的可还原性。催化剂前驱体初始Ni/P摩尔比对最终还原形成的活性组分种类影响较大,当n(Ni)/n(P)=2.0时,催化剂前驱体还原后得到Ni3P和Ni12P5的混合相,但当n(Ni)/n(P)=1.0或0.5时,则形成纯的Ni2P相。当n(Ti)/n(Si)=1/2,n(Ni)/n(P)=1.0,Ni-P负载量为25%时,Ni2P/TiO2-SiO2催化剂具有最佳的加氢脱氮效果。不同载体负载的催化剂的HDN活性顺序为Ni2P/TiO2-SiO2>Ni2P/SiO2>Ni2P/TiO2。采用共沉淀法和原位溶胶凝胶法制备了TiO2-Al2O3复合载体,考察了不同制备方法对载体及其负载的磷化镍催化剂活性的影响。结果表明,原位溶胶凝胶法制成的TiO2-Al2O3复合载体,基本保留了基载体γ-Al2O3的大孔大比表面的孔特征,TiO2主要以表面富集的形式分散在管状的γ-Al2O3表面,其负载的催化剂前体还原后形成Ni2P和Ni12P5的混合相。共沉淀法制成的TiO2-Al2O3复合载体比表面积适中,孔径分布较为集中,TiO2趋于在Al2O3表面均匀分散,其负载的催化剂前体还原后形成的是Ni2P相。TiO2的引入可以明显减弱P物种和Al2O3之间的相互作用,不仅促进了Ni2P活性相的生成,而且提高了催化剂C—N键的断裂能力,从而促进了催化剂HDN活性的提高。不同的制备方法和不同的Ti/Al摩尔比对磷化镍催化剂HDN活性影响较大,共沉淀法复合载体所负载的催化剂活性优于原位溶胶凝胶法复合载体所负载的催化剂;复合载体中钛铝比改变时,两种催化剂的HDN活性表现出相同的规律顺序,即n(Ti)/n(Al)=1/8>1/16>1/4。采用水热一步合成法制备Ti改性的SBA-15载体,研究掺杂不同Ti含量之后对SBA载体及其负载的磷化镍催化剂加氢脱氮性能的影响。结果表明:适量Ti的掺杂并未改变SBA-15高度有序的介孔结构,催化剂活性组分还原后所形成的物相为Ni2P,而Ti以锐钛矿TiO2和Ti4O7形式存在。钛掺杂的Ni2P/Ti-SBA-15催化剂的HDN活性明显高于Ni2P/SBA-15催化剂,且当n(Ti)/n(Si)=1/25时,催化剂具有最佳的加氢脱氮性能。适量TiO2的引入促进了磷化镍催化剂的加氢能力和C-N断裂能力,载体表面的低价态Tin+(n<4)物种可能是Ni2P/SBA-15催化剂HDN反应活性提高的主要原因。以无毒的红磷代替白磷作为磷源,以硝酸镍为镍源,利用水热合成法成功实现了磷化镍的低温制备。考察了磷镍比、水热温度、水热反应时间、溶剂配比和表面活性剂对磷化镍形成及其形貌的影响。结果表明,在水热温度120℃,水热时间12h,原料初始磷镍比为6时即可得到纯净的六方相的Ni2P;磷镍比增加有利于四方相结构的Ni12P5向六方相结构的Ni2P转变,而温度升高则有利于Ni2P向Ni12P5转变;反应时间增加使产物结晶度增加;采用乙二醇-水体系时,同样可以得到六方相结构的Ni2P,但随着乙二醇比例的增加,Ni2P的微观相貌从微球型向针叶型、立片型变化。
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