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杂多酸(盐)与负载型杂多酸催化剂的制备、表征及其催化氧化噻吩的研究

李新华  
【摘要】: 严格的燃料油硫排放标准给传统的加氢脱硫工艺带来严峻的挑战。氧化脱硫可在温和条件下实现超深度脱硫,因而成为引人瞩目的脱硫方法。杂多酸催化剂因其独特的酸催化和氧化还原催化性能而引起人们的关注。论文选择以杂多酸(盐)为催化剂,以H_2O_2为氧化剂考察了在温和条件下噻吩氧化脱硫的催化活性。以多种表征手段研究了杂多酸催化剂的组成、结构及表面酸性,并与其催化活性进行关联,取得如下结果: 1.制备了钒取代的磷钼杂多酸H_(3+x)PV_xMo_(12-x)O_(40)(x=1,2,3)。元素分析、XRD及IR光谱证实这三种杂多酸均具有Keggin结构。 2.不同的杂多酸对噻吩氧化脱硫的活性次序为:H_3PW_(12)O_(40) H_5PV_2Mo_(10)O_(40) H_6PV_3Mo_9O_(40) H_4PVMo_(11)O_(40) H_3PMo_(12)O_(40) H_4SiW_(12)O_(40)。在最佳反应条件下,H_3PW_(12)O_(40)对噻吩的转化率可达70%。 3.以SiO_2、Al_2O_3、TiO_2及活性炭为载体制备了负载型磷钨杂多酸催化剂,N_2吸附、XRD、IR光谱表征证实负载后咱杂多酸比表面积显著增大,具有原有的Keggin结构。这些催化剂对噻吩氧化脱硫活性的次序为:H_3PW_(12)O_(40)/AC H_3PW_(12)O_(40)/SiO_2 H_3PW_(12)O_(40)/TiO_2 H_3PW_(12)O_(40)/Al_2O_3。利用UV-vis吸收光谱测定了负载型杂多酸在水及乙醇中的溶脱率,发现杂多酸与载体的相互作用强弱次序为:Al_2O_3 TiO_2 SiO_2 活性炭,这种相互作用会显著影响其催化活性。 4.采用酸碱中和滴定的方法制备一系列杂多酸铯盐催化剂,并首次用于噻吩的氧化脱硫反应。表征结果显示其较好地保持着杂多酸原有的Keggin结构,利用氨-TPD、吡啶吸附IR光谱研究了表面酸性。发现Cs+的引入不仅使比表面积和平均孔径增加,而且提高了热稳定性。随Cs原子数目的增加,CsxH_3-xPW_(12)O_(40)的脱硫活性持续下降;Cs_xH_(3-x)PMo_(12)O_(40)的活性变化并不明显;Cs_xH_(5-x)PV_2Mo_(10)O_(40)的活性变化与Cs/H比有关,当x=3.0时,活性最高。这种活性变化可能与其表面B酸量有关。


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