正丁烷氧化制顺酐铁基钒磷氧催化剂研究

摘要

顺酐(MA)是一种重要的有机化工原料和精细化工产品，具有广阔的应用范围和巨大的市场需求，钒磷氧(VPO)催化剂是正丁烷选择性氧化制顺酐反应最有效的催化剂之一。然而目前VPO催化剂存在活性差、选择性低、不稳定的问题。本文针对以上问题，以提高顺酐收率为目标，通过添加金属助剂对催化剂进行改性，并对改性VPO催化剂的物化性质（晶体结构、形貌等）与活性和稳定性的关系进行深入系统的研究，建立之间的构效关系。主要研究内容及创新成果如下:
　　(1)利用有机相法制备VPO催化剂，通过添加单金属铁助剂对其进行改性。系统研究了单金属Fe基化合物的种类、添加方式以及添加量等对催化剂物化性质和催化活性的影响。发现单金属助剂掺杂增大了催化剂比表面积，改变了催化剂表面P/V比和V平均价态，促进活性相(VO)2P2O7的生成。其中掺杂Fe2O3助剂的VPO催化剂在适宜反应条件下表现出优异催化活性，丁烷转化率约95％，顺酐收率约60％。
　　(2)在Fe基单金属助剂的条件下，采用共沉淀法及溶胶-凝胶法进行Fe基双金属助剂的制备，并考察了元素比例及添加量对催化剂性能的影响。结果发现:掺杂0.7mol％共沉淀法合成Fe/Zr双金属助剂改性的VPO催化剂性能较佳，丁烷转化率约95％，顺酐收率约65％。催化剂的构效分析结果表明共沉淀法制备的Fe-Zr双金属作为添加助剂可以强化有机相法合成VPO过程，促进了活性晶面的暴露，提高晶格氧含量，进而有效的提高了催化的性能。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 顺酐的性质及应用

1．3 顺酐合成工艺

1．3．1 苯氧化法

1．3．2 C4馏分氧化法

1．3．3 苯酐副产法

1．3．4 丁烷氧化法

1．4 正丁烷氧化制顺酐催化剂的研究

1．4．1 VPO催化剂制备研究现状

1．4．2 金属助剂对催化剂性能的影响

1．4．3 正丁烷选择性氧化制顺酐机理

1．5 本研究的意义及主要内容

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验仪器

2．2 催化剂的制备

2．2．1 催化剂前驱体的制备

2．2．2 催化剂前驱体的成型及活化

2．2．3 双金属助剂的制备

2．3 催化剂的表征

2．3．4 全自动程序升温化学吸附仪(TPR)

2．3．5 激光拉曼光谱仪(Raman)

2．3．6 X射线光电子能谱仪(XPS)

2．4 催化剂性能评价

2．4．1 催化剂性能评价装置

2．4．2 实验数据处理

第三章 单金属Fe掺杂VPO催化剂

3．1 Fe掺杂VPO催化剂

3．1．1 Fe化合物形式对VPO催化剂性能的影响

3．1．2 Fe基助剂添加方式对VPO催化剂性能的影响

3．2 催化剂活化条件的研究

3．2．1 活化温度的影响

3．2．2 活化气氛的影响

3．3 催化反应工艺条件优化

3．3．1 反应温度的影响

3．3．2 反应空速的影响

3．4 催化剂稳定性测试

3．5 本章小结

第四章 铁基双金属掺杂VPO催化剂

4．1 Ti、Zr掺杂VPO催化剂的对比优选

4．1．1 Ti、Zr掺杂VPO催化剂的表征分析

4．1．2 Ti、Zr掺杂VPO催化剂的性能评价

4．2 共沉淀法制备Fe／Zr双金属掺杂VPO催化剂

4．2．1 双助剂比例对VPO催化剂性能的影响．

4．2．2 双助剂添加量对VPO催化剂性能的影响

4．3 溶胶凝胶法制备Fe／Zr双金属掺杂VPO催化剂

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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