乙烷一步直接制環(huán)氧乙烷催化劑的研究

【摘要】： 環(huán)氧乙烷(EO)是乙烯工業(yè)衍生物中僅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有機(jī)化工產(chǎn)品,是用途廣泛的有機(jī)合成中間體。目前在工業(yè)生產(chǎn)中,環(huán)氧乙烷是由乙烯環(huán)氧化獲得的,乙烯則主要是石腦油或乙烷蒸汽裂解制得的。乙烷高溫裂解制乙烯的溫度通常在900℃以上,而乙烯直接氧化制環(huán)氧乙烷的反應(yīng)溫度一般在200℃～300℃之間,由于兩者溫差很大,使得在目前條件下不可能由乙烷一步氧化直接制環(huán)氧乙烷。 納米氧化鎳催化劑對(duì)降低乙烷氧化脫氫制乙烯(ODHE)的反應(yīng)溫度有明顯的效果。本論文首先研究了納米氧化鎳催化劑的乙烷低溫氧化制乙烯性能,以降低乙烷氧化的反應(yīng)溫度。結(jié)果表明,優(yōu)化條件下制備的催化劑在350℃下具有較好的催化性能,在實(shí)驗(yàn)條件下乙烯的收率可達(dá)25%。在此基礎(chǔ)上,我們將納米氧化鎳催化劑和乙烯環(huán)氧化的銀催化劑進(jìn)行“一步兩段法”研究,在相同的反應(yīng)溫度下讓乙烷先后通過(guò)這兩種催化劑,結(jié)果表明由乙烷可直接制得環(huán)氧乙烷。 本論文又采用不同的方法制備乙烷氧化直接制環(huán)氧乙烷的催化劑。研究發(fā)現(xiàn),用均勻沉淀法制得的復(fù)合Ag-Ni-O催化劑,可以催化乙烷一步氧化直接制得環(huán)氧乙烷。在實(shí)驗(yàn)條件下,乙烷的轉(zhuǎn)化率可達(dá)21.0%,環(huán)氧乙烷的選擇性達(dá)6.1%。本論文還對(duì)催化劑的制備條件進(jìn)行了優(yōu)化,初步探討了助劑對(duì)催化劑催化性能的影響,考察了反應(yīng)條件如空速、反應(yīng)氣原料比等因素對(duì)催化劑催化性能的影響。 本論文還對(duì)該一步反應(yīng)在復(fù)合Ag-Ni-O催化劑上的機(jī)理進(jìn)行了初步的探討。TPR和XPS表征結(jié)果表明,催化劑中的Ni與Ag之間有一定的相互作用,活化乙烷的是Ni表面物種,由于Ag的摻雜降低并分隔了Ni表面活性物種,因此乙烷的活性相對(duì)于純NiO催化劑降低,而中間產(chǎn)物乙烯通過(guò)Ag表面上的親電氧物種進(jìn)行插氧反應(yīng)得到產(chǎn)物環(huán)氧乙烷。 【關(guān)鍵詞】：乙烷 環(huán)氧化 環(huán)氧乙烷 催化劑
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類(lèi)號(hào)】：TQ223.26
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-10
• 第1章 緒論10-25
• 1.1 環(huán)氧乙烷的用途10
• 1.2 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)發(fā)展概況10-16
• 1.2.1 早期環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)10-11
• 1.2.2 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝的發(fā)展11-13
• 1.2.3 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝的改進(jìn)13-16
• 1.3 乙烯的用途16
• 1.4 乙烯的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀16-22
• 1.4.1 石化原料裂解制乙烯17
• 1.4.2 乙烷催化裂解制乙烯17-18
• 1.4.3 乙烷氧化脫氫制乙烯18-22
• 1.4.4 乙烯工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)展22
• 1.5 選題意義22-23
• 1.6 研究?jī)?nèi)容23-25
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分25-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及規(guī)格25-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及型號(hào)26-27
• 2.3 催化劑性的性能評(píng)價(jià)和計(jì)算方法27-28
• 2.3.1 催化劑的性能評(píng)價(jià)27
• 2.3.2 催化劑性能的計(jì)算方法27-28
• 2.4 表征實(shí)驗(yàn)28-30
• 2.4.1 粉末 X射線衍射(XRD)28
• 2.4.2 比表面積測(cè)定(BET)28
• 2.4.3 掃描電鏡測(cè)試(SEM)28
• 2.4.4 程序升溫還原實(shí)驗(yàn)(H_2-TPR)28
• 2.4.5 程序升溫脫附實(shí)驗(yàn)(O_2-TPD-MS)28-29
• 2.4.6 X光電子能譜實(shí)驗(yàn)(XPS)29-30
• 第3章 乙烷制乙烯低溫催化劑研究30-46
• 3.1 引言30
• 3.2 催化劑的優(yōu)選30-31
• 3.3 氧化鎳催化劑的制備方法31-32
• 3.3.1 直接焙燒法31
• 3.3.2 研磨法31
• 3.3.3 直接沉淀法31
• 3.3.4 均勻沉淀法31-32
• 3.3.5 溶膠-凝膠法32
• 3.3.6 水熱合成法32
• 3.4 反應(yīng)條件對(duì)催化氧化脫氫性能的影響32-35
• 3.4.1 石英砂的影響32-33
• 3.4.2 烷氧比的影響33-34
• 3.4.3 稀釋氣的影響34-35
• 3.5 不同方法制備的氧化鎳的乙烷氧化脫氫(ODHE)性能35
• 3.6 催化劑的表征35-40
• 3.6.1 TG-DTA表征36
• 3.6.2 BET表征36-37
• 3.6.3 SEM表征37-39
• 3.6.4 XRD表征39-40
• 3.7 均勻沉淀法制備納米氧化鎳條件的優(yōu)化40-45
• 3.7.1 焙燒溫度的影響40-41
• 3.7.2 焙燒時(shí)升溫速率的影響41-42
• 3.7.3 焙燒時(shí)間的影響42
• 3.7.4 沉淀溫度的影響42-43
• 3.7.5 硝酸鎳和尿素的用量比的影響43-44
• 3.7.6 制備時(shí)鎳鹽濃度的影響44
• 3.7.7 優(yōu)化條件下制備的納米NiO的催化性能44-45
• 3.8 本章小結(jié)45-46
• 第4章 乙烯制環(huán)氧乙烷催化劑研究46-53
• 4.1 引言46
• 4.2 催化劑的制備46
• 4.3 催化劑的表征46-47
• 4.4 催化劑性能測(cè)試47-49
• 4.4.1 對(duì)照實(shí)驗(yàn)47-48
• 4.4.2 銀催化劑催化乙烷環(huán)氧化制環(huán)氧乙烷性能測(cè)試48-49
• 4.5 兩段法制環(huán)氧乙烷49-51
• 4.6 一步兩段法制環(huán)氧乙烷51-52
• 4.7 本章小結(jié)52-53
• 第5章 乙烷直接制環(huán)氧乙烷催化劑研究53-65
• 5.1 催化劑的制備53
• 5.1.1 均勻沉淀法53
• 5.1.2 水熱合成法53
• 5.2 催化劑性能測(cè)試53-55
• 5.3 催化劑表征55-59
• 5.3.1 BET表征55
• 5.3.2 XRD表征55-56
• 5.3.3 TG-DTA實(shí)驗(yàn)56-57
• 5.3.4 ICP表征57
• 5.3.5 TPR表征57
• 5.3.6 XPS表征57-58
• 5.3.7 TPD表征58-59
• 5.3.8 SEM表征59
• 5.4 不同反應(yīng)條件對(duì)催化劑性能的影響59-63
• 5.4.1 烷氧比對(duì)催化劑性能的影響60-61
• 5.4.2 空速對(duì)催化劑性能的影響61-62
• 5.4.3 優(yōu)化條件下催化劑的乙烯環(huán)氧化性能62-63
• 5.4.4 催化劑的壽命實(shí)驗(yàn)63
• 5.5 本章小結(jié)63-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果71-72
• 致謝72-73

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