二氧化碳部分氧化丙烷制丙烯催化剂及膜反应器的研究

摘要

采用二氧化碳部分氧化丙烷制丙烯,一方面二氧化碳作为温和的氧化剂能够减轻丙烷的深度氧化,另一方面能减轻温室气体二氧化碳的排放,合理利用碳资源.本论文制备了Pd-Cu/VSiO和Pd/MoVSiO催化剂和聚酰亚胺-二氧化硅-银(PI-SiO<,2>-Ag/SiO<,2>/K-M)和聚酰亚胺-二氧化钛-银(PI-TiO<,2>-Ag/SiO<,2>/K-M)杂化膜,并应用于二氧化碳部分氧化丙烷制丙烯常规催化反应和膜催化反应,通过催化反应-膜分离过程的耦合,提高丙烷转化率和丙烯选择性.一、采用表面改性和等体积浸渍法制备了Pd-Cu/VSiO和Pd/MoVSiO催化剂,采用BET、XRD、IR、TPD、TPSR和微反等技术表征了的催化剂的表面结构、化学吸附性能和对二氧化碳和丙烷反应的催化性能.二、采用溶胶-凝胶法在SiO<,2>/K-M过渡膜上制备了PI-SiO<,2>-Ag/SiO<,2>/K-M和PI-TiO<,2>-Ag/SiO<,2>/K-M杂化膜,并采用SEM、IR、XRD、TGA、孔径分析和气体渗透等方法进行了表征.三、以PI-SiO<,2>-Ag/SiO<,2>/K-M和PI-TiO<,2>-Ag/SiO<,2>/K-M作为膜反应器,采用Pd-Cu/VSiO、Pd/MoVSiO催化剂,考察了二氧化碳氧化丙烷脱氢的反应性能,并与常规催化反应性能进行了比较.

目录

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第一章绪论

1.1二氧化碳部分氧化低碳烷烃制烯烃研究现状

1.1.1 CO2氧化乙烷制乙烯

1.1.2 CO2氧化丙烷制丙烯

1.1.3 CO2氧化丁烷制丁烯

1.1.4评述

1.2无机膜

1.2.1无机膜的分类

1.2.2无机膜的制备方法

1.2.3无机膜的改性

1.2.4评述

1.3聚酰亚胺类有机-无机杂化膜

1.3.1制备方法

1.3.2在气体分离中的应用

1.3.3评述

1.4膜催化反应器

1.4.1膜催化反应器的分类

1.4.2膜催化反应器在多相催化中的应用

1.4.3评述

1.5本研究的目标和构思

1.5.1研究的目的和意义

1.5.2催化剂的设计思路

1.5.3膜材料的设计思路

1.5.4本研究的特色和创新点

第二章催化剂的制备和表征方法

2.1催化剂的制备方法

2.1.1主要原料

2.1.2复合氧化物的制备

2.1.3催化剂的制备

2.2表征方法

2.2.1 BET比表面积测定

2.2.2 XRD分析

2.2.3 TPR/TPO表征

2.2.4红外光谱表征

2.2.5 TPD-MS实验

2.2.6 TPSR-MS实验

2.2.7催化剂反应性能评价

第三章Pd-Cu/VSiO催化剂的研究

3.1催化剂的表面组成和构造

3.2催化剂的氧化还原性能

3.2.1催化剂的还原性能

3.2.2催化剂的氧化性能

3.3催化剂的化学吸附性能

3.3.1 CO2的化学吸附

3.3.2 C3H8的化学吸附

3.4催化剂的反应性能

3.4.1温度对反应性能的影响

3.4.2碱助剂的影响

3.4.3原料气组成的影响

3.4.4反应空速的影响

3.5 Pd-Cu/VSiO上二氧化碳氧化丙烷脱氢的反应机理

3.5.1 TPSR-MS结果分析

3.5.2 CO2和丙烷在催化剂表面的反应机理

3.6小结

第四章MoVSiO和Pd/MoVSiO催化剂的研究

4.1催化剂的表面组成和构造

4.1.1 MoVSiO的物化性质

4.1.2 MoVSiO和Pd/MoVSiO催化剂表面构造

4.2催化剂的化学吸附性能

4.2.1 CO2的化学吸附

4.4.2 C3H8的化学吸附

4.3催化剂的反应性能

4.3.1 MoVSiO催化剂的反应性能

4.3.2 Pd/MoVSiO催化剂的反应性能

4.4小结

第五章硅藻土-莫来石陶瓷膜支撑体及SiO2过渡层的制备与表征

5.1实验方法

5.1.1实验主要原料

5.1.2硅藻土-莫来石支撑体的制备

5.1.3 SiO2过渡层的制备

5.2硅藻土-莫来石陶瓷膜支撑体和二氧化硅过渡层的表征

5.2.1热性能分析

5.2.2机械性能分析

5.2.3陶瓷膜支撑体的密度和孔隙率测定

5.2.4晶相结构及表面形貌分析

5.2.5孔径分析

5.2.6红外分析

5.2.7渗透性能测试

5.3结果和讨论

5.3.1支撑体的表征结果

5.3.2 SiO2过渡层的表征结果

5.4小结

第六章负载型聚酰亚胺-二氧化硅-银杂化膜的制备和表征

6.1杂化膜的制备

6.1.1实验原料

6.1.2聚酰胺酸溶液的制备

6.1.3二氧化硅溶胶的制备

6.1.4聚酰胺酸-二氧化硅-银杂化溶胶的制备

6.1.5涂膜

6.1.6干燥和热亚胺化

6.1.7杂化膜的组成

6.2杂化膜的表征

6.2.1粘度测定

6.2.2热分析

6.2.3 SEM表征

6.2.4红外分析

6.2.5 XRD表征

6.2.6丙烯/丙烷气体吸附红外表征

6.2.7孔径分析

6.2.8气体渗透性能

6.3结果和讨论

6.3.1杂化膜制备过程

6.3.2杂化凝胶和杂化膜的热性能

6.3.3杂化膜的晶相结构

6.3.4杂化膜的微观结构

6.3.5杂化膜的化学结构

6.3.6杂化膜的孔径分布

6.3.7气体渗透性能

6.4小结

第七章负载型聚酰亚胺-二氧化钛-杂化膜的制备和表征

7.1杂化膜的制备

7.1.1实验原料

7.1.2二氧化钛溶胶的制备

7.1.3聚酰胺酸-二氧化钛-银杂化溶胶的制备

7.1.4涂膜

7.1.5亚胺化

7.1.6杂化膜的组成

7.2杂化膜的表征

7.2.1粘度测定

7.2.2热分析

7.2.3 SEM表征

7.2.4红外分析

7.2.5 XRD表征

7.2.6丙烯/丙烷气体吸附红外表征

7.2.7孔径分析

7.2.8气体渗透性能

7.3结果和讨论

7.3.1杂化膜制备过程

7.3.2杂化凝胶和杂化膜的热性能

7.3.3杂化膜的晶相结构

7.3.4杂化膜的微观结构

7.3.5杂化膜的化学结构

7.3.6杂化膜的孔径分布

7.3.7气体渗透性能

7.4小结

第八章在膜催化反应器中二氧化碳氧化丙烷脱氢反应性能

8.1实验部分

8.1.1膜催化反应工艺流程

8.1.2膜反应器构造

8.1.3反应原料

8.1.4产物分析

8.2结果和讨论

8.2.1反应过程热力学分析

8.2.2反应温度对膜催化反应性能的影响

8.2.3反应空速对膜催化反应性能的影响

8.2.4进料气组成对膜催化反应性能的影响

8.2.5吹扫气对膜催化反应性能的影响

8.2.6适宜的膜催化反应条件

8.3小结

第九章结论

参考文献

作者在攻读博士期间发表的论文

致谢