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负载型催化剂Ag/Al_2O_3和Pd/Al_2O_3低温催化尾氯脱氢性能的研究

王盈盈  
【摘要】:在国民经济生产中氯碱工业占据着非常高的地位,它不仅是无机化工领域的一个支柱产业,同时也是一个基本的化工原料工业。社会生活的众多领域中都可见氯碱工业中的一些重要化工产品,如烧碱、氯气、氢气等。与此同时,氯碱工业本身又是一种高耗能的工业,含氢尾氯中氢气的脱除及其安全利用对实现氯碱工业的清洁、安全生产具有十分重要的意义。 本文对浸渍法制备负载型金属催化剂的方法、尾氯催化脱氢的研究进展及意义进行了综述,并通过重量分析法以及饱和食盐水吸收法这两种化学分析方法来测定尾氯催化脱氢反应中产物水和氯化氢的含量,同时也考察了催化剂的重现性。在此基础上,实验首先采用自制容积为272.5mL的配气装置进行反应前配气,反应原料气中Cl2、O2、H2、N2的体积百分含量分别为72.83%、9.9%、3.97%、13.3%。采用浸渍法以及氢气流还原法制备的负载型催化剂Pd/Al2O3和Ag/Al2O3作为混合尾氯脱氢的催化剂,在自制连续反应装置上进行催化反应。通过X射线衍射(XRD)、氮吸附脱附以及红外光谱(IR)等表征手段对制备的负载型催化剂样品进行了表征。考察了还原温度、反应温度、贵金属负载量、催化剂用量以及催化剂循环使用次数对催化剂催化脱氢性能影响。实验结论如下: 一、样品的XRD谱图、氮吸附脱附平衡曲线图以及孔径分布图均表明通过浸渍法以及氢气流还原法可制得负载型催化剂Ag/Al2O3、Pd/Al2O3,其特征衍射峰以及表面吸收和振动峰均明显,且衍射峰较宽,表明金属钯和银在γ-Al2O3上分散良好。负载金属单质前后样品的红外光谱图(IR)均表明负载金属单质前后其表面的特征吸收峰及振动峰位置均未发生明显的改变,且催化剂在循环使用四次后其特征衍射峰位置和强度及其表面的特征吸收及振动峰位置和强度未出现明显变化,这表明其在尾氯混合气体低温催化脱氢实验中具有很好的稳定性。 二、通过实验测得负载型贵金属催化剂Pd/Al2O3和Ag/Al2O3的最佳工艺条件如下:还原温度分别为250℃和350℃、反应温度为60℃、金属Pd负载量为1%、金属Ag负载量为2%、催化剂用量为0.5g时Pd/Al2O3和Ag/Al2O3催化剂的催化活性均可达到最佳值。实验发现,Pd/Al2O3催化剂的催化活性高于Ag/Al2O3的催化活性,Pd/Al2O3催化尾氯脱氢产物中氢氧反应的最大转化率为77.12%,高于Ag/Al2O3催化反应产物中氢氧反应的最大转化率59.31%;Pd/Al2O3催化尾氯脱氢产物中氢氯反应的最大转化率为20.26%,低于Ag/Al2O3催化反应产物中氢氯反应的最大转化率26.53%,而氢氯反应生成盐酸的转化率均远低于氢氧反应生成水的转化率,且变化趋势两者基本一致,进一步验证了负载型催化剂Pd/Al2O3催化尾氯脱氢效率优于Ag/Al2O3催化剂。


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