WO/HZSM-5催化剂上乙醇催化脱水制乙烯的研究

摘要

与现有的烃类裂解制乙烯路线相比，固体酸催化乙醇脱水制乙烯路线具有环保、可持续、反应条件温和等多方面的优势，正引起越来越多的研究者的关注。本文针对乙醇脱水制乙烯反应，基于机械混合法和浸渍法制备的WO3/HZSM-5分子筛催化剂，研究了所制催化剂的乙醇转化率和乙烯选择性；考察了氧化钨含量、操作条件和催化剂制备条件对催化剂活性的影响规律；采用NH3-TPD、IR、BET、XRD、Raman和XPS等表征手段考察了催化剂的表面酸性和结构对乙醇脱水反应的影响。 对于机械混合法制备的WO3/HZSM-5催化剂，氧化钨负载量对WO3/HZSM-5的低温催化活性有较明显的影响。活性测试结果表明，10wt％WO3/HZSM-5具有相对较好的低温催化活性。相比于HZSM-5，反应温度为240℃时，10wt％W03/HZSM-5上的乙醇转化率从72.3％增加到90.8％，乙烯选择性从66.0％增加到67.7％。NH3-TPD及Py-IR结果表明，氧化钨的负载使得分子筛催化剂酸强度降低，L酸位消失。结合Raman光谱及XPS结果分析，15wt％WO3/HZSM-5催化剂钨物种存在表面聚集现象。10wt％WO3/HZSM-5催化剂中钨只存在五配位的钨元素，15％WO3/HZSM-5催化剂中存在四配位的钨元素、六配位的钨元素。五配位的钨元素的存在可能是10wt％WO3/HZSM-5乙醇脱水低温活性高的原因。 对于浸渍法制备的WO3/HZSM-5催化剂，采用正交实验考察了负载氧化钨含量、焙烧温度和焙烧时间对催化剂活性的影响。实验结果表明，氧化钨含量对催化剂活性影响显著。5wt％WO3/HZSM-5具有较好的低温脱水活性，乙醇转化率为83.8％，乙烯选择性分别为70.6％。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

第一章 文献综述

1.1乙醇催化脱水制备乙烯的意义

1.1.1生物发酵乙醇

1.1.2生物乙醇脱水制乙烯的技术可行性

1.2乙醇脱水制乙烯催化剂的研究进展

1.2.1分子筛催化剂

1.2.2其他固体酸催化剂

1.3催化剂的制备方法

1.3.1机械混合法

1.3.2浸渍法

1.3.3离子交换法

1.3.4水热合成法

1.3.5熔融法

1.3.6 ZSM-5分子筛催化剂的改性方法

1.4工艺条件对乙醇脱水反应活性的影响

1.4.1反应温度、空速对转化率的影响

1.4.2操作压力对转化率及选择性的影响

1.4.3乙醇原料含水量对转化率及选择性的影响

1.5乙醇脱水制备乙烯的反应机理和失活规律

1.5.1乙醇脱水制备乙烯的反应机理

1.5.2催化剂的失活规律

1.6本论文工作

第二章 实验部分

2.1实验原料

2.2催化剂制备流程

2.3催化剂活性评价

2.3.1催化剂活性评价实验流程

2.3.2分析方法

2.4数值计算

2.4.1色谱分析法

2.4.2相关气体校正因子

2.4.3催化剂活性的计算方法

2.5催化剂表征方法

2.5.1 X射线衍射(XRD)分析

2.5.2比表面(BET)分析

2.5.3氨的程序升温脱附(NH3-TPD)分析

2.5.4吡啶吸附的红外光谱(IR)分析

2.5.5 X射线光电子能谱(XPS)分析

2.5.6拉曼光谱分析

第三章 机械混合法制备WO3／HZSM-5上乙醇脱水的研究

3.1不同氧化钨负载量的HZSM-5脱水活性的比较

3.1.1氧化钨负载量对HZSM-5脱水活性的影响

3.1.2 NH3-TPD曲线的比较分析

3.1.3催化剂的吡啶吸附红外谱图

3.1.4催化剂的BET图

3.1.5催化剂的XRD谱图比较

3.1.6催化剂的Raman光谱分析

3.1.7催化剂的XPS结果

3.2反应条件对脱水活性的影响

3.2.1反应温度对脱水活性的影响

3.2.2乙醇浓度对脱水活性的影响

3.2.3空速对脱水活性的影响

3.3本章小结

第四章 浸渍法制备WO3／HZSM-5上乙醇脱水的研究

4.1浸渍法制备条件对WO3／HZSM-5活性的影响

4.2不同氧化钨含量的HZSM-5催化剂活性比较

4.3不同制备方法WO3／HZSM-5催化剂的活性比较

4.4本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢