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与现有的烃类裂解制乙烯路线相比,固体酸催化乙醇脱水制乙烯路线具有环保、可持续、反应条件温和等多方面的优势,正引起越来越多的研究者的关注。本文针对乙醇脱水制乙烯反应,基于机械混合法和浸渍法制备的WO3/HZSM-5分子筛催化剂,研究了所制催化剂的乙醇转化率和乙烯选择性;考察了氧化钨含量、操作条件和催化剂制备条件对催化剂活性的影响规律;采用NH3-TPD、IR、BET、XRD、Raman和XPS等表征手段考察了催化剂的表面酸性和结构对乙醇脱水反应的影响。
对于机械混合法制备的WO3/HZSM-5催化剂,氧化钨负载量对WO3/HZSM-5的低温催化活性有较明显的影响。活性测试结果表明,10wt%WO3/HZSM-5具有相对较好的低温催化活性。相比于HZSM-5,反应温度为240℃时,10wt%W03/HZSM-5上的乙醇转化率从72.3%增加到90.8%,乙烯选择性从66.0%增加到67.7%。NH3-TPD及Py-IR结果表明,氧化钨的负载使得分子筛催化剂酸强度降低,L酸位消失。结合Raman光谱及XPS结果分析,15wt%WO3/HZSM-5催化剂钨物种存在表面聚集现象。10wt%WO3/HZSM-5催化剂中钨只存在五配位的钨元素,15%WO3/HZSM-5催化剂中存在四配位的钨元素、六配位的钨元素。五配位的钨元素的存在可能是10wt%WO3/HZSM-5乙醇脱水低温活性高的原因。
对于浸渍法制备的WO3/HZSM-5催化剂,采用正交实验考察了负载氧化钨含量、焙烧温度和焙烧时间对催化剂活性的影响。实验结果表明,氧化钨含量对催化剂活性影响显著。5wt%WO3/HZSM-5具有较好的低温脱水活性,乙醇转化率为83.8%,乙烯选择性分别为70.6%。