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乙烯是石油化工产品的基础原料和合成药物的前驱体,在全球工业快速发展的同时,对乙烯的消耗与日俱增。目前,乙烯的主要来源是石油裂解,但随着石油资源的日益枯竭和价格的不断攀升,以石油为原料的乙烯工业受到了巨大冲击。乙醇脱水制取乙烯工艺能够缓解乙烯生产的压力,其工艺流程简单、能耗低、环境友好等优势,被认为是最具有应用前景的路线。因此,如何更有效的将低浓度乙醇在较低温度下高效地用于乙烯生产,已经成为研究者关注的热点。本文利用硫酸、聚合羟基铝、杂多酸对蒙脱土进行多种方法的复合改性,修饰结构,优化性能;研究改性蒙脱土在低温下对低浓度乙醇脱水制乙烯反应的催化性能,通过XRD、BET、FT-IR、TG-DTA、NH3-TPD等技术对改性蒙脱土的结构进行了表征,进一步优化催化剂的合理构筑,主要研究内容及结论如下:以硫酸作为处理剂,对蒙脱土进行改性,在酸化温度80℃,酸化时间7 h,硫酸浓度Φ=25%的条件下对蒙脱土进行酸化处理。研究表明酸化过程中,蒙脱土层间和孔道的杂质溶出,层状结构呈剥离状态,狭缝孔转变为堆积孔,比表面积从21 m2/g增大到357 m2/g,孔容从0.0436 cm3/g增加至0.561 cm3/g。将不同量的磷钼酸和磷钨酸负载到酸改性的蒙脱土上,不仅克服了杂多酸活性组分易流失、分布不均匀等缺点,而且获得了高的乙烯选择性和乙醇转化率。当负载10%磷钨酸时,在反应温度300℃、原料浓度ΦEthanol=30%、质量空速0.65h-1的条件下,反应进行12 h后,乙烯选择性依旧保持在93%左右,乙醇转化率为89%。以硫酸改性的蒙脱土作为基体,通过离子交换引入不同量的聚合羟基铝,可以恢复蒙脱土的层状结构,将其焙烧后,可转变为活性中心均匀地分布在孔道中,将其应用于催化反应时,表现出优异的催化性能。研究结果表明:聚合物的交换量影响催化剂的稳定性和耐受性;当引入聚合物的量为CEC的70%时,催化剂的活性较高。当反应温度300℃、原料浓度ΦEthanol=30%、质量空速0.65h-1时,乙醇转化率在97%左右,乙烯的选择性接近100%。鉴于生物发酵乙醇浓度较低,需进一步降低原料浓度。以硫酸-聚合物复合改性后的蒙脱土作为载体,通过浸渍法负载不同种类、不同量的杂多酸,研究其在ΦEthanol=20%中的催化性能。研究结果表明:当负载磷钨酸量为15%时,由于表面磷钨酸的覆盖,强弱酸含量和分布得到优化,充分利用了载体的外表面,每个PW杂多酸分子能与更多的表面OH基团相作用,使得PW与载体之间的相互作用增强,耐水性提升,活性组分不易流失,因此降低反应物浓度时,依然具有较好的催化活性。当反应温度300℃、原料浓度ΦEthanol=20%时,乙醇的转化率为98%,乙烯选择性接近100%;反应12h,乙醇转化率仍可保持在95.7%左右。