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Mo/HZSM-5催化剂的改性和甲烷无氧芳化

作　者: 赵婷婷
导　师: 王红霞
学　校: 哈尔滨师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 甲烷无氧芳构化 HZSM-5分子筛 Mo/HZSM-5 水蒸气处理 盐酸处理
分类号: O643.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


自从发现Mo/HZSM-5催化剂在无氧条件下可以催化甲烷向芳烃转化以来,人们对Mo/HZSM-5催化剂和甲烷无氧脱氢芳构化反应(MDA)进行了密切关注和广泛研究。目前,对Mo/HZSM-5催化剂的催化特性已经取得了较为一致的认识,认为Mo物种与Bronsted酸中心交换并在反应诱导期生成的碳化钼物种可能是甲烷的C-H键活化以及C2中间物种形成的活性中心,而C：中间物种的进一步聚合、环化成芳烃或其他稠环芳烃则发生在HZSM-5分子筛的Bronsted酸中心上。在这一系列反应过程中Mo物种和Bronsted酸中心的相互匹配,对于C2反应中’间物种顺利转化为芳烃目的产物是至关重要的,否则Mo/HZSM-5催化剂会产生严重积碳而导致催化剂的快速失活。本论文采用了水蒸气处理及盐酸处理两种方法对HZSM-5分子筛上的Bronsted酸中心进行调变,考察Mo基催化剂在MDA反应中的催化活性和稳定性。首先进行了水蒸气处理HZSM-5分子筛和Mo/HZSM-5催化剂的实验,考察相应的Mo/HZSM-5催化剂在甲烷无氧芳构化反应中的催化性能,并重点研究了813K下水蒸气前后处理Mo/HZSM-5催化剂的失活速率常数kd与其单位晶胞内的Bronsted酸中心的量化关系；然后进行了不同浓度盐酸处理HZSM-5分子筛的实验,考察相应的Mo/HZSM-5催化剂在甲烷无氧芳构化反应中的催化性能。同时对处理前后的样品进行了1H MAS NMR、NH3-TPD、XRD、BET等手段的表征。研究结果表明,813K水蒸气前后处理Mo/HZSM-5催化剂的失活速率常数kd与其单位晶胞内的B1酸中心的数量呈V字形关系,而且单位晶胞内的B1酸的数量越接近于1,失活速率常数kd越小,相应催化剂的反应稳定性也越好,当单位晶胞内的B1酸的数量大于或小于1,失活速率常数kd将显著增大,这种V字形特性的相关性可能是由B1酸中心在MDA反应中的双重作用所决定的；盐酸对分子筛进行预处理,制备的Mo/HZSM-5催化剂的强酸位数目得到调变,MDA催化性能优于未经盐酸处理的Mo/HZSM-5催化剂,而且发现以0.1mol/L盐酸在303K条件下处理HZSM-5分子筛2h得到的Mo/HZSM-5催化剂上,B酸的酸量与kd有很好的对应关系,B酸酸量越小,幻也越小

全文目录


摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 甲烷无氧芳构化  11
  1.2 Mo/HZSM-5催化剂用于甲烷无氧芳构化反应的研究  11-12
  1.3 Mo/HZSM-5催化剂的改性  12-15
    1.3.1 第二组分的添加  12-13
    1.3.2 分子筛的预处理  13-15
  1.4 本课题的研究目的,意义和研究内容  15-16
    1.4.1 本课题的研究目的,意义  15
    1.4.2 本课题的主要研究内容  15-16
    1.4.3 本课题的创新性  16
  1.5 课题来源  16-17
第2章 实验部分  17-20
  2.1 实验仪器和主要试剂  17
    2.1.1 实验仪器  17
    2.1.2 主要试剂  17
  2.2 样品的制备  17-18
    2.2.1 Mo/HZSM-5-T-t催化剂的制备  17-18
    2.2.2 [Mo/HZSM-5]-T-t催化剂的制备  18
    2.2.3 HZSM-5分子筛的盐酸处理和Mo/HZSM-nM-T催化剂的制备  18
  2.3 催化剂评价  18-19
  2.4 催化剂物化性能表征  19-20
第3章 水蒸气处理催化剂对稳定性的影响  20-29
  3.1 实验部分  20
  3.2 结果与讨论  20-28
    3.2.1 水蒸气前后处理对Mo/HZSM-5催化剂性能的影响  20-24
    3.2.2 XRD表征  24-25
    3.2.3 BET比表面积分析  25
    3.2.4 ~1H MAS NMR结果分析  25-28
  3.3 本章小结  28-29
第4章 盐酸处理Mo/HZSM-5催化剂  29-44
  4.1 实验部分  29
  4.2 结果与讨论  29-42
    4.2.1 MDA反应  29-32
    4.2.2 CH_4-TPSR分析  32-36
    4.2.3 XRD表征  36-38
    4.2.4 NH_3-TPD分析  38-42
  4.3 本章小结  42-44
结论  44-45
参考文献  45-50
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  50-52
致谢  52

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化反应
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