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乙烯和环氧乙烷都是重要的有机化工产品,全球对其需求量逐年增加。目前,工业上从乙烷制乙烯主要采用高温裂解这一耗能较大的过程,且该反应受热力学平衡的限制,而环氧乙烷的生产则由乙烯环氧化制得。由于生产乙烯和环氧乙烷的两个反应温度相差很大,前者在900℃以上,后者则需在300℃以下反应,因而由乙烷一步转化为环氧乙烷较难实现。因此,如何在较低温度下获得较高的乙烷氧化脱氢制乙烯(ODHE)性能具有重要意义。在此基础上,如果能从乙烷直接一步制得环氧乙烷,并获得较好的环氧乙烷选择性和产率,无疑将大大降低生产成本,并具有重要的理论意义和实际意义。纳米氧化镍催化剂具有良好的低温乙烷氧化脱氢制乙烯(ODHE)性能,其形貌对反应性能有很大影响。本文用碳球为模板制备了NiO空心球,用尿素沉淀法合成了花状NiO,用简单的水热法成功制备了分层结构的NiO花状空心球,并考察了不同水热时间和原料用量比对其形貌的影响,从而研究了分层结构花状空心球的形成过程。与常规NiO相比,特殊形貌NiO表现出较好的乙烷氧化脱氢催化性能。催化剂的XRD、SEM、BET、H2-TPR等表征结果表明,与常规尺寸氧化镍相比,特殊形貌氧化镍催化剂粒径较小,比表面积增大,且氧化还原性能较高,因而活性较高,有利于乙烯选择性的提高。纳米NiAgO催化剂能够实现乙烷一步转化为环氧乙烷,但目标产物的选择性较低,在300℃仅有1.1%的产率。本文对NiAgO催化剂进行了改进,用溶胶凝胶法制备了掺杂不同元素的纳米NiAgMeO (Me=Cu、Mg、Ce、Y、Nd、Sm)催化剂。在相同实验条件下,乙烷一步制环氧乙烷催化性能顺序为NiAgYO>NiAgCeO>NiAgMgO>NiAgSmO>NiAgO≈NiAgNdO>NiAgCuO。其中,3%NiAgYO催化性能最佳,在290℃环氧乙烷的选择性和产率分别达到19.8%和7.6%。本文还对在NiAgYO催化剂上乙烷一步制得环氧乙烷的反应机理进行了初步探讨。通过XRD、XPS、H2-TPR、O2-TPD、BET等方法对催化剂进行表征,结果表明,添加的Y可以从Ag元素获得电子,使银带有更多的正电荷,这有利于有较强的亲电性的O2-在Ag活性位上的吸附,使C=C发生适度反应,从而有利于乙烯的环氧化。另外,Y的加入有效分离了催化剂活性位,在一定程度上抑制了乙烯和环氧乙烷的深度氧化。因此,Y的添加有利于提高环氧乙烷的选择性。