论文部分内容阅读
由于丙烯下游产业的蓬勃发展，市场对丙烯的需求量不断增长。丙烷脱氢工艺作为生产丙烯的主要替代工艺之一，受到了越来越多的关注。Pt基催化剂是丙烷脱氢工艺工业化的主要催化剂之一，而积碳和催化性能不稳定是其亟需解决的主要问题。因此，对Pt基催化剂催化性能和反应机理进行研究具有重大的意义和价值。本论文着重对Pt基催化剂催化丙烷脱氢制丙烯的反应机理进行了研究。首先，通过控制载体的酸位以研究载体酸位对催化剂积碳过程的影响。通过对比普通焙烧和高温水蒸气处理的催化剂，揭示高温水蒸气处理对Al2O3载体酸位的影响。高温水蒸气的处理并未过多引起活性位的性质的变化，从而使两种催化剂具有相似的活性、选择性和金属分散度。NH3-TPD表征证明高温水蒸气处理减弱了载体上酸位的量，TPO表征则证明了高温水蒸气的处理影响积碳在活性组分表面和载体表面的分配。从而证明积碳前驱体最初形成于活性组分的表面，而后迁移或溢出到载体的表面，进行进一步的脱氢缩合反应，最终形成C/H比更高、更难氧化的积碳类型。其次，研究了铜助剂对Pt/Al2O3催化剂对于丙烷脱氢反应的催化性能的优化作用，并作出了机理解释。铜助剂的引入，提高了丙烯的选择性、收率及反应的稳定性。其中最优的铜负载量为0.5wt%，反应260min时，Pt-Cu/Al2O3催化剂丙烯选择性为90.8%，丙烯收率为36.5%。Pt-Cu/Al2O3催化剂的抗积碳性能有所提升，这主要是由于Pt-Cu金属间的相互作用抑制了丙烯的吸附，减少了积碳的生成。此外，铜助剂的加入提高了C-C断键过程的能垒值，抑制了反应过程中副产物的生成，提高了丙烯的选择性及收率。此外，通过利用原位表征进一步证明和阐述铜助剂提升催化性能的机理。通过TPSR表征说明铜助剂能够降低丙烷生成副产物的反应活化能，进而抑制了副产物生成。通过in-situ FTIR表征及C3H6-TPD测试结果则可进一步证明，铜助剂的加入，降低了丙烯在表面活性金属的脱附热，减少了丙烯的吸附并抑制了积碳前驱体的形成，这对催化剂的稳定性及丙烯的收率的提升有重要的作用，从而使得Pt-Cu/Al2O3催化剂具有优异的催化性能。