多壁碳纳米管改性负载铂锡在丙烷脱氢反应中催化性能的研究

摘要

丙烷脱氢制取高附加值的丙烯技术是工业生产中的重要环节，制备优异催化性能的催化剂是该环节中的关键技术。本文首次尝试以碳纳米管作为丙烷直接脱氢反应催化剂的载体，负载铂锡活性组分。目前，主要采用强酸和强氧化剂改性碳纳米管，但其操作过程复杂，效率低。本文采用空气高温焙烧碳纳米管，硝酸蒸汽活化碳纳米管，以及两者相结合处理碳纳米管三种活化方法，对比探究了其催化性能的影响，找到了更简便有效的碳纳米管活化方法，提高了现有改性方法的效率。
　　SEM、TEM、XRD、表征手段说明碳纳米管经高温空气活化后碳纳米管结构没有明显改变，仅其表面受一定程度破坏，产生了缺陷位。TG、红外光谱发现其表面生成了羧基亲水集团，达到了活化的目的。探究了高温焙烧时间对所制备催化剂性能的影响，确定最佳焙烧时间。Pt-Sn/A-MWCNTs(450℃、80min)再生次数对反应的影响出现反常情况，即随着再生次数的增加，丙烷的转化率和选择性都是先升高后降低。空气再生2次时，其催化性能最好，优于对应载体氧化铝负载相同组分催化剂的催化性能。
　　同样采用SEM、TEM、红外光谱分析可以得出，硝酸蒸汽活化后的碳纳米管长度明显变短，端口开口较多，管壁缺陷位也相对增多，碳纳米管表面产生了羧基、羟基等亲水基团。从催化剂TEM结果可以看出，采用硝酸蒸汽活化碳纳米管制备的催化剂，其活性组分分散性良好，颗粒直径在1-3nm，是比较理想的催化剂。与氧化铝相比较，改性过的碳纳米管是更优良的载体。最后探究了硝酸蒸汽活化碳纳米管时间，活化温度对催化剂催化性能的影响，得出硝酸蒸汽最佳活化时间，活化温度对其催化性能影响较小。
　　本文最后在其他条件相同的情况下，比较三种不同方法活化碳纳米管所制备催化剂的催化性能。采用表征手段分析不同活化方法对碳纳米管的影响，分析催化剂催化性能相差较大的原因。碳纳米管表面活化的程度，催化剂颗粒尺寸的大小，金属组分的分散性，金属与碳纳米管的作用力，两组分之间的相互作用都是致使三种催化剂催化性能差别较大的原因。比较得出硝酸蒸汽活化碳纳米管是最理想的方法。

目录

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摘要

图表目录

第1章 绪论

1．1 碳纳米管概述

1．1．1 碳纳米管的分类与结构

1．1．2 碳纳米管的性质

1．2 碳纳米管活化改性的方法

1．2．1 超声波改性法

1．2．2 共价改性法

1．2．3 非共价改性法

1．3 碳纳米管负载金属组分在脱氢加氢反应中的应用

1．3．1 碳纳米管负载金属组分在加氢反应中的应用

1．3．2 碳纳米管负载金属组分在脱氢反应中的应用

1．4 Pt系催化剂在丙烷脱氢制丙烯反应的应用

1．4．1 丙烷脱氢制丙烯研究背景

1．4．2 Pt系催化剂在丙烷脱氢制丙烯的研究

1．5 课题的提出及研究内容

第2章 实验部分

2．1 实验原料与实验设备

2．2 催化剂制备

2．2．1 碳纳米管提纯与活化

2．2．2 催化剂制备

2．3 催化剂表征

2．3．1 扫描电子显微镜(SEM)

2．3．2 透射电子显微镜(TEM)

2．3．3 X射线衍射(XRD)

2．3．4 热重(TG)

2．3．5 红外光谱(FTIR)表征

2．3．6 拉曼光谱(Raman)表征

2．4 催化剂对丙烷脱氢制丙烯反应催化性能评价

2．4．1 催化剂评价装置

2．4．2 催化剂催化性能评价过程流程

2．4．3 催化性能计算

第3章 Pt-Sn／A-MWCNTs在丙烷脱氢制丙烯反应中催化性能

3．1 引言

3．2 催化剂制备

3．2．1 碳纳米管预处理工艺流程

3．2．2 预处理前后碳纳米管的表征

3．3 空气焙烧时间对催化剂催化性能的影响

3．3．1 催化剂表征

3．3．2 催化剂评价

3．4 催化剂再生次数对催化剂催化性能的影响

3．5 本章小结

第4章 Pt-Sn／H-MWCNTs在丙烷脱氢制丙烯反应中催化性能

4．1 引言

4．2 催化剂制备

4．2．1 碳纳米管预处理

4．2．2 预处理前后碳纳米管的表征

4．2．3 催化剂制备流程

4．3 催化剂表征

4．3．1 扫描电子显微镜(SEM)

4．3．2 透射电子显微镜(TEM)

4．3．3 X射线衍射(XRD)

4．4 催化剂评价

4．4．1 不同载体催化性能的比较

4．4．2 硝酸活化温度对催化剂催化性能的影响

4．4．3 硝酸活化时间对催化剂催化性能的影响

4．5 本章小结

第5章 不同活化方法对催化性能的影响

5．1 引言

5．2 不同方法活化碳纳米管制备催化剂

5．2．1 不同方法预处理碳纳米管表征

5．2．2 不同方法制备催化剂

5．3 不同方法活化碳纳米管催化剂表征

5．3．1 透射电子显微镜(TEM)

5．3．2 拉曼光谱(Raman)表征

5．3．3 程序升温还原表征(H2-TPR)

5．4 不同方法活化碳纳米管制备的催化剂其催化性能比较

5．5 本章小结

本文总结

参考文献

致谢