乙烷一步直接制环氧乙烷催化剂的研究

【摘要】： 环氧乙烷(EO)是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有机化工产品,是用途广泛的有机合成中间体。目前在工业生产中,环氧乙烷是由乙烯环氧化获得的,乙烯则主要是石脑油或乙烷蒸汽裂解制得的。乙烷高温裂解制乙烯的温度通常在900℃以上,而乙烯直接氧化制环氧乙烷的反应温度一般在200℃～300℃之间,由于两者温差很大,使得在目前条件下不可能由乙烷一步氧化直接制环氧乙烷。 纳米氧化镍催化剂对降低乙烷氧化脱氢制乙烯(ODHE)的反应温度有明显的效果。本论文首先研究了纳米氧化镍催化剂的乙烷低温氧化制乙烯性能,以降低乙烷氧化的反应温度。结果表明,优化条件下制备的催化剂在350℃下具有较好的催化性能,在实验条件下乙烯的收率可达25%。在此基础上,我们将纳米氧化镍催化剂和乙烯环氧化的银催化剂进行“一步两段法”研究,在相同的反应温度下让乙烷先后通过这两种催化剂,结果表明由乙烷可直接制得环氧乙烷。 本论文又采用不同的方法制备乙烷氧化直接制环氧乙烷的催化剂。研究发现,用均匀沉淀法制得的复合Ag-Ni-O催化剂,可以催化乙烷一步氧化直接制得环氧乙烷。在实验条件下,乙烷的转化率可达21.0%,环氧乙烷的选择性达6.1%。本论文还对催化剂的制备条件进行了优化,初步探讨了助剂对催化剂催化性能的影响,考察了反应条件如空速、反应气原料比等因素对催化剂催化性能的影响。 本论文还对该一步反应在复合Ag-Ni-O催化剂上的机理进行了初步的探讨。TPR和XPS表征结果表明,催化剂中的Ni与Ag之间有一定的相互作用,活化乙烷的是Ni表面物种,由于Ag的掺杂降低并分隔了Ni表面活性物种,因此乙烷的活性相对于纯NiO催化剂降低,而中间产物乙烯通过Ag表面上的亲电氧物种进行插氧反应得到产物环氧乙烷。