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钼磷氧化物修饰纳米金刚石催化剂在丙烷氧化脱氢中的反应性能研究

作　者: 桑建楠
导　师: 熊光
学　校: 大连理工大学
专　业: 工业催化
关键词: 碳纳米管纳米金刚石钼氧化物磷氧化物氧化脱氢石墨化
分类号: TQ426
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

将低碳烷烃转化成高附加值的烯烃是石化工业中的重要课题。低碳烷烃氧化脱氢(ODH)制烯烃克服了直接脱氢的诸多缺点,逐渐引起人们的广泛关注。迄今为止,人们基于钒基和钼基催化剂做了大量探索和尝试,但由于氧化脱氢反应中碳氢化合物易深度氧化,烯烃的选择性受到很大制约。最近的一些报道表明,碳纳米材料催化剂在烷烃氧化脱氢反应中显示了较高的选择性,如何通过表面修饰进一步提高其催化性能是有价值的课题。本论文研究了钼磷氧化物修饰的纳米金刚石在丙烷氧化脱氢中的催化性能,并采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)和红外光谱(IR)等表征手段对催化剂的结构和表面活性物种进行了系统研究。反应结果表明,纳米金刚石(ND)与碳纳米管(CNTs)相比,在丙烷氧化脱氢反应中显示了更好的催化性能。添加少量磷氧化物会提高丙烯的选择性,但过量添加会同时覆盖非选择性活性位和选择性活性位而导致丙烷转化率急剧下降。而添加过量的钼氧化物会提高反应活性但降低丙烯选择性。二者的同时添加可以显著提高催化剂的选择性。值得注意的是,低担载量氧化钼(1MoOx)的修饰同时提高了纳米金刚石催化剂的活性与选择性,并表现出比钼磷氧化物修饰催化剂(1MoOx1POx)更高的产率。同oCNTs相比,钼磷氧化物对ND有更明显的修饰作用。研究结果表明,修饰后的金刚石表面主要为二维聚合态的钼磷氧化物物种,且它们会随着担载量的增加发生进一步的聚集。在反应过程中,金刚石表面会发生石墨化,生成sp3-sp2杂化混合的核壳结构,这种结构有利于酮羰基/双酮羰基反应活性位的生成。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 文献综述  10-25
  1.1 丙烷脱氢制丙烯概述  10-14
    1.1.1 丙烷脱氢技术介绍  10-12
    1.1.2 烷烃氧化脱氢常用催化剂介绍  12-14
  1.2 碳纳米材料概述  14-23
    1.2.1 纳米金刚石(ND)  15-19
    1.2.2 碳纳米管(CNTs)  19-23
  1.3 选题依据和研究内容  23-25
2 实验部分  25-29
  2.1 实验原料与仪器设备  25-26
  2.2 催化剂的制备  26
  2.3 催化剂的反应性能测试  26-27
  2.4 催化剂的表征  27-29
    2.4.1 扫描电子显微镜(SEM)  27
    2.4.2 透射电子显微镜(TEM)  27
    2.4.3 X射线衍射(XRD)  27-28
    2.4.4 拉曼光谱(Raman)  28
    2.4.5 红外光谱(IR)  28
    2.4.6 X射线光电子能谱(XPS)  28
    2.4.7 比表面积和孔结构的测定(BET)  28-29
3 ND催化剂的催化性能研究  29-39
  3.1 ND的反应性能考察  29-32
    3.1.1 反应温度对ND催化剂性能的影响  29-30
    3.1.2 反应空速对ND催化剂性能的影响  30-31
    3.1.3 ND和CNTs催化性能的比较  31-32
  3.2 ND催化剂的表征  32-38
    3.2.1 ND催化剂的XRD表征  32
    3.2.2 ND催化剂的形貌  32-34
    3.2.3 ND催化剂的XPS表征  34-36
    3.2.4 ND催化剂的Raman表征  36-37
    3.2.5 ND催化剂的IR表征  37-38
  3.3 本章小结  38-39
4 MoO_x/ND、PO_x/ND催化剂的催化性能研究  39-51
  4.1 MoO_x/ND催化剂的考察  39-45
    4.1.1 MoO_x/ND催化剂的XRD表征  39-40
    4.1.2 MoO_x/ND催化剂的Raman光谱表征  40-41
    4.1.3 MoO_x/ND催化剂的IR表征  41-42
    4.1.4 反应温度对MoO_x/ND催化剂性能的影响  42
    4.1.5 1MoO_x/ND催化剂稳定性考察  42-45
    4.1.6 1MoO_x/ND和1MoO_x/oCNTs催化性能的比较  45
  4.2 PO_x/ND催化剂的考察  45-50
    4.2.1 PO_x/ND催化剂的Raman表征  45-46
    4.2.2 PO_x/ND催化剂的IR表征  46-48
    4.2.3 反应温度对PO_x/ND催化剂性能的影响  48
    4.2.4 1PO_x/ND催化剂稳定性考察  48-49
    4.2.5 1PO_x/ND和1PO_x/oCNTs催化性能的比较  49-50
  4.3 本章小结  50-51
5 MoO_x-PO_x/ND催化剂的催化性能研究  51-59
  5.1 催化剂的反应性能考察  51-53
    5.1.1 催化剂催化性能的比较  51-52
    5.1.2 催化剂稳定性考察  52-53
  5.2 催化剂的表征  53-57
    5.2.1 催化剂的形貌  53-55
    5.2.2 催化剂的Raman表征  55-57
    5.2.3 催化剂的IR表征  57
  5.3 本章小结  57-59
结论  59-60
参考文献  60-65
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  65-66
致谢  66-67

钼磷氧化物修饰纳米金刚石催化剂在丙烷氧化脱氢中的反应性能研究

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