铬基氧化物的可控制备及其催化CO2氧化乙苯脱氢的研究

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CO2氧化乙苯脱氢(CO2-ODEB)不仅能够克服乙苯直接脱氢制苯乙烯过程存在的平衡转化率低、能耗高等缺点,而且具有苯乙烯选择性高、环境友好等突出优势,因而备受关注,但研制开发高活性及高稳定性催化剂是其难点。在课题组前期研究的基础上,结合铬氧化物和铈锆固溶体的氧化还原特点及不同固体氧化物之间相互作用的固相反应本质,本论文采用不同制备方法制备了一系列铬铈锆和铬铈锆铝复合氧化物,以增大铬氧化物与铈锆固溶体的界面面积,提高其对CO2氧化乙苯脱氢的催化活性稳定性。具体研究内容及主要结论如下:(1)采用一锅EISA法和浸渍法分别制备了系列铬铈锆复合氧化物催化剂。其中浸渍法所用铈锆固溶体载体分别由EISA法和水热法制备。考察了催化剂制备方法、铈锆固溶体组成和铬氧化物负载量对其催化CO2-ODEB性能的影响。结果表明,EISA法制备的9%Cr2O3-Ce0.5Zr0.5O2-E具有较高的铬氧化物分散度、较大的比表面积以及较高的表面Cr6+含量,因而表现出较好的催化活性。与EISA法制备的Ce0.5Zr0.5O2-E相比,水热法制备的CexZr1-xO2-H具有更大的表面积和更低的结晶度,使得 5%Cr2O3/Ce0.5Zr0.502-H 催化活性优于 5%Cr2O3/Ce0.5Zr0.502-E。因此,高度分散的铬氧化物与大比表面积、低结晶度CexZr1-x02之间的界面性质可能是影响其催化活性和稳定性的关键。(2)采用EISA法制备了系列规整介孔结构的铬基催化剂,考察了氧化铬含量、铈锆固溶体的含量和铈锆比例等对其催化CO2-ODEB性能的影响。结果表明,1 2%Cr2O3-7%Ce0.6Zr0.4O2-Al203呈现出最佳催化性能,其初始乙苯转化率高达77%,反应50 h后依然保持在42%。关联反应前后催化剂的XPS、Raman及低温N2吸脱附等表征结果,表明铈锆固溶体能够较好地稳定Cr6+且铈锆固溶体与铬氧化物间具有较大的界面面积。但随着反应的进行,活性物种Cr6+不断减少,催化剂上的积炭不断增加,这可能是造成催化剂活性下降的主要原因。(3)在优化的铬铈锆铝催化剂中引入第二稀土助剂,考察La、Pr、Nd、Sm、和Y对其催化活性和稳定性的影响。结果表明,12%Cr2O3-Ce0.6Zr0.3Y0.1O2-Al2O3的CO2-ODEB催化性能最佳(乙苯初始转化率为78%,反应50 h后保持在47%)。结合XPS、UV-Vis等表征结果,这可能为第二稀土氧化物的引入使铈锆固溶体产生了更多的晶格氧缺陷,从而更有利于稳定Cr6+
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