负载型钯催化剂的低温尾氯催化脱氢性能研究

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我国氯碱工业发展迅猛,氯气年产量可达2500万吨,传统电解法生产氯气的过程中会产生大量的含氯尾气(简称尾氯)。尾氯组成复杂,含有少量的氢气、氮气以及氧气等成分,无法用于耗氯产品的生产。如果氢气的体积含量超过4%,将会有爆炸的危险。传统的尾氯处理方法工艺繁琐,无法解决含氢爆炸的安全问题。因此,安全的除去尾氯中混有的氢气是实现氯碱企业的清洁生产、提高尾氯的经济价值的关键。本实验制备一种负载型钯催化剂,催化尾氯中的氧气和氢气、氯气与氢气反应从而达到纯化氯气的目的。催化剂选用中微孔结构的无定型二氧化硅和伽马晶型的活性氧化铝作为载体,氯化钯溶液作为钯源,浸渍法制备SiO2和Al2O3负载型钯催化剂。采用固定床反应装置对催化剂的脱氢效果进行评价,探讨了不同金属负载量、不同还原温度、不同焙烧温度对催化剂的脱氢性能影响。综合催化剂的反应时间、反应温度以及空速等因素对氢气总转化率、氢氧反应选择性的影响,使用正交补充单因素设计方法对脱氢反应的工艺条件进行优化。通过N2吸附-脱附、X射线衍射、傅里叶红外光谱分析和电子能谱等表征手段对催化剂的微观结构和稳定性进行了研究,得出以下结论:一、SiO2和Al2O3负载型钯催化剂在尾氯脱氢实验中均表现出较高催化活性和选择性。在钯负载量相同的条件下,Pd/Al2O3的催化脱氢性能要优于Pd/SiO2。二、催化剂的制备条件对其脱氢性能有很大的影响,实验结果表明,在焙烧温度450℃,氢气还原温度250℃时,1%Pd/SiO2的氢气转化率和氢氧选择性最高可达98.79%和0.8288;在焙烧温度500℃,氢气还原温度250℃时,1%Pd/Al2O3的氢气转化率和氢氧选择性最高为99.99%和0.7919。三、混合气体配比相同的条件下,反应温度越高,空速越低,越有利于脱氢反应的进行。在反应温度为60℃,体积空速为9×104h-1时,1%的Pd/SiO2口Pd/Al203催化剂的氢气总转化率分别为80.02%和97.38%,相应的氢氧选择性分别为0.8001和0.7919。四、通过对催化脱氢前后的两种催化剂进行XRD、FTIR、XPS和N2吸附-脱附表征分析可知:脱氢反应后,催化剂样品中的Pd仍保持零价态,金属钯在载体上的分散没有明显的变化,载体的基本骨架结构也仍保持稳定,Si02和A1203负载型金属钯催化剂可以被用作催化脱氢。
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