甲烷部分氧化H_(3+x)PV_xMo_yW_(12-x-y)O_(40)催化劑研究

【摘要】：甲烷的部分氧化是國際上公認(rèn)的一個(gè)難題,人們普遍認(rèn)為,其關(guān)鍵是尋找一種合適的催化體系,既能提高甲烷的轉(zhuǎn)化率,又能改善目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性。過去幾十年,甲烷的部分氧化主要集中在氣固相和液相均相催化體系,氣固體系因轉(zhuǎn)化率和選擇性無法同時(shí)提高,液相均相體系因反應(yīng)需在強(qiáng)酸條件下反應(yīng)對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重,均無法進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。本文試圖探索一種以負(fù)載型多元復(fù)合雜多酸為催化劑的氣液固三相體系,利用固體酸的強(qiáng)酸性及氧化還原性在稀硫酸溶液中進(jìn)行甲烷部分氧化反應(yīng)。 首先結(jié)合之前的研究成果,以PMo12-PW12-NaVO3為活性組分對雜多酸常用載體及負(fù)載方法進(jìn)行了篩選并決定采用溶膠凝膠法進(jìn)行負(fù)載,簡單考察了溶膠凝膠法的負(fù)載條件后考察了多元復(fù)合雜多酸的H4PVMo4W7O40的催化活性,并發(fā)現(xiàn)其能改善甲烷部分氧化的轉(zhuǎn)化率,實(shí)驗(yàn)比較了三種含V原子數(shù)不同的復(fù)合雜多酸,發(fā)現(xiàn)H5PV2Mo4W6O40催化活性最好。 對H5PV2Mo4W6O40進(jìn)行催化劑表征證明其具有Keggin結(jié)構(gòu),負(fù)載后用甲烷的部分氧化。實(shí)驗(yàn)考察了水解溫度、水解時(shí)間,水硅比、老化溫度、負(fù)載率、催化劑焙燒溫度及焙燒時(shí)間對催化劑性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明H5PV2Mo4W6O40負(fù)載率為20%,TEOS:乙醇：水摩爾比為1：4：10,在80℃下水解2h,60℃老化24h,350℃下焙燒4h時(shí),甲烷部分氧化的單程轉(zhuǎn)化率最好可達(dá)1.49%。 【關(guān)鍵詞】：甲烷 溶膠凝膠法 多元復(fù)合雜多酸 部分氧化
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 前言9-13
• 1.1 甲烷的來源及其轉(zhuǎn)化利用現(xiàn)狀9-11
• 1.2 甲烷直接氧化制甲醇的研究前景11
• 1.3 本課題的研究工作11-13
• 第2章 文獻(xiàn)綜述13-26
• 2.1 國內(nèi)外甲烷部分氧化的研究進(jìn)展13-22
• 2.1.1 氣相均相氧化體系13-15
• 2.1.2 氣固相催化氧化體系15-18
• 2.1.3 液相均相氧化體系18-21
• 2.1.4 其它體系21-22
• 2.1.5 小結(jié)22
• 2.2 雜多酸催化劑22-24
• 2.2.1 雜多酸及其結(jié)構(gòu)特征23-24
• 2.2.2 雜多酸的理化性質(zhì)24
• 2.2.3 負(fù)載型雜多酸(鹽)催化劑24
• 2.3 復(fù)合雜多酸的制備24-26
• 第3章 實(shí)驗(yàn)過程及分析方法26-34
• 3.1 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器26-27
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑26
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器26-27
• 3.2 實(shí)驗(yàn)裝置及操作流程27-30
• 3.2.1 半連續(xù)氣液固三相反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置圖27-28
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)操作流程28-30
• 3.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及分析方法30-31
• 3.4 KEGGEN型H_(3+X)PV_XMo_YW_(12-X-Y)O_(40)·NH_2O催化劑的制備31-32
• 3.5 催化劑負(fù)載32-34
• 3.5.1 浸漬法32
• 3.5.2 溶膠凝膠法32-34
• 第4章 多相催化甲烷部分氧化催化劑篩選34-47
• 4.1 前言34
• 4.2 載體的選擇34-38
• 4.2.1 載體的預(yù)處理35
• 4.2.2 載體的篩選35-38
• 4.3 負(fù)載方法的篩選38-41
• 4.3.1 溶膠凝膠法的基本工藝38-39
• 4.3.2 溶膠凝膠法負(fù)載雜多酸催化甲烷部分氧化39-41
• 4.4 水解溫度對催化劑活性的影響41-42
• 4.5 TEOS：乙醇：水的摩爾比對催化劑活性的影響42-44
• 4.6 負(fù)載含P-Mo-W-V復(fù)合雜多酸催化劑對反應(yīng)的影響44-46
• 4.7 小結(jié)46-47
• 第5章 溶膠凝膠法負(fù)載H_(3+x)PV_xMo_yW_(12-x-y)O_(40)催化體系的優(yōu)化47-65
• 5.1 H_5PV_2Mo_4W_6O_(40)催化劑的表征47-51
• 5.1.1 催化劑的元素分析47-48
• 5.1.2 催化劑的熱重分析48-49
• 5.1.3 催化劑的FTIR表征49-50
• 5.1.4 催化劑的XRD表征50-51
• 5.2 含釩量(x=1,2,3)對催化劑活性的影響51-53
• 5.3 水解時(shí)間對催化劑活性的影響53-54
• 5.4 水解溫度對催化劑活性的影響54-56
• 5.5 TEOS：乙醇：水的摩爾比對催化劑活性的影響56-58
• 5.6 老化溫度對催化劑活性的影響58-59
• 5.7 催化劑負(fù)載量對反應(yīng)的影響59-61
• 5.8 焙燒溫度對催化劑活性的影響61-62
• 5.9 焙燒時(shí)間對催化劑活性的影響62-64
• 5.10 小結(jié)64-65
• 第6章 結(jié)論與展望65-67
• 6.1 論文的主要工作及結(jié)論65
• 6.2 后續(xù)課題的研究展望及建議65-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 致謝73

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