凹凸棒土催化剂载体的研制及在催化CO变换反应中的应用

摘要

凹凸棒土(ATP)是以一种层链状结构的含水富镁硅酸盐为主的粘土矿。由于凹凸棒土具有特殊的结构而赋予了它良好的催化作用、吸附作用、流变性和耐热性，其产品广泛应用于化工、石油、建材、造纸、农牧、医药、原子能、食品、太阳能和硅酸盐等工业。本文综合分析国内外有关凹凸棒土用于催化剂方面的文献资料，对其作为催化剂载体进行了研究和改性并将其应用到催化CO变换反应中，具体如下：
　　首先，对ATP进行了酸化、热活化处理以及与无机化合物氧化镁复合改性的实验，通过正交表设计讨论了酸化条件及氧化镁的加入对载体比表面积的影响，采用IR、SEM、EDS、BET、颗粒强度测试等表征手段系统研究了ATP的形貌、组成、热学特征、ATP-MgO复合物的比表面积和催化剂颗粒强度的变化规律，确定的较佳实验条件是：使用盐酸酸化，酸浓度3M，酸化时间2h，温度75℃，氧化镁的掺入量为7wt％；热活化条件确定为420℃焙烧2h，采用挤条成型的方式，5wt%的自制铝溶胶作粘结剂，3wt%田菁粉做助挤剂，制备出表面光滑、颗粒强度高于75N/cm的催化剂颗粒。
　　其次，采用三种方法制备了纳米MgO-ATP复合物，通过SEM表征手段，比较了三种制备方法对颗粒分散性和外观形貌的影响，最终确定了均匀沉淀-沉积法制备纳米MgO-ATP复合物为最佳制备方法。同时在制备的过程中发现，由于ATP的加入使复合物中氧化镁颗粒的形貌和尺寸都发生了明显的变化，讨论了不同含量的ATP的掺入对制备纳米氧化镁的影响，随着ATP含量的增加，纳米氧化镁颗粒由片状结构经历了颗粒状最后转变为棒状、纤维状的纳米颗粒。最后，通过NH3-TPD技术测定了ATP载体和MgO-ATP复合载体表面的酸强度的变化，纳米氧化镁的掺入调节了ATP载体表面的强酸性位点。
　　最后，采用共浸法制备了一系列的钴钼系/MgO-ATP催化剂，对氧化态催化剂进行了TGA、SEM等基本表征，结果说明浸渍法制备的催化剂可以使活性相均匀的分布于催化剂载体表面上，有利于提高催化剂的活性。通过H2-TPR表征技术考察了钾含量的不同对催化剂氧化态活性相还原性和分散性的影响，最佳钾含量确定为9wt%。在常压下考察器外硫化后的催化剂的活性，结果表明常压状态下催化剂活性较佳的工艺条件是：反应温度300℃，汽气比0.6，空速1500h-1。