硅铝基甲醇脱水催化剂的制备及表征

【摘要】：本文主要做了以下三方面的工作:一、以拟薄水铝石作为载体—氧化铝的前躯体,分别制备了不同比例的硅、钨和钛改性的氧化铝催化剂,并应用于甲醇脱水反应。二、测试了性能最好的催化剂的反应动力学,求得反应活化能。三、制备了SBA-15介孔材料,并在材料里掺杂不同含量的铝、钨和钛,并测试各催化剂的催化性能。采用透射电镜、X-射线粉末衍射、红外、BET、热重/差热、程序升温脱附等测试手段对样品进行表征。系统的考察了活性组分、载体、制备条件及反应条件对催化剂活性的影响。 (1)用原子层沉积法制备了一系列不同比例的硅、钨、钛改性的γ-Al_2O_3催化剂。对各种制备的催化剂进行了活性表征,其中,活性最好的催化剂为含硅7 at.%的硅改性的γ-Al_2O_3催化剂,甲醇的转化率达到了86.5%,二甲醚的选择性为99.91%,反应84小时后催化剂的活性保持不变。对比研究了硅、钨、钛改性的γ-Al_2O_3催化剂的表面酸性位分布和酸性强弱。通过比较研究,得知硅改性提高了γ-Al_2O_3催化剂的Br?nsted酸性。 (2)基于Langmuir–Hinshelwood模型,选择活性最好的含硅7at.%的硅改性的γ-Al_2O_3催化剂,测试其表观活化能。反应的速率常数k经计算在170 oC, 190 oC和210 oC温度下的值分别为1.08×10~(-5),2.56×10~(-5)和5.48×10~(-5),反应的活化能为72.53 kJ·mol~(-1)。 (3)制备了具有规则孔道结构的SBA-15材料;用新颖的原子层沉积法成功的制备了一系列不同铝含量的铝改性的SBA-15催化剂,并通过固体核磁实验证明了铝被成功的嫁接到SBA-15的骨架中,通过测试样品的吡啶吸附的红外光谱和做氨气程序升温脱附实验,测试结果表明Br?nsted和Lewis酸性位共同存在于干燥的氧化铝改性的SBA-15催化剂表面。氧化铝改性的SBA-15催化剂显示了比钛和钨改性的SBA-15催化剂高的多的催化活性。Al_2O_3/SiO_2的质量比为8%、焙烧温度为600 oC的催化剂具有最高的催化活性。