V_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)催化CO_(2)氧化乙苯脱氢的稀土氧化物助剂效应

摘要

结合尿素辅助水热和蒸发诱导自组装方法,制备了一系列V_(2)O_(5)-LnO-Al_(2)O_(3)(LnO分别为La_(2)O_(3)、CeO_(2)、Pr_(6)O_(11)、Nd_(2)O_(3)或Yb_(2)O_(3))钒基复合氧化物催化剂,其中V_(2)O_(5)质量分数为9%,助剂质量分数为7%。采用N_(2)吸脱附、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、H_(2)程序升温还原(H_(2)-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)以及热分析(TG-DSC)等技术对催化剂的织构、结构、还原性能等进行了表征分析。在常压、550℃、n(CO_(2))∶n(乙苯)=20∶1和接触时间为0.17 h的条件下,考察了上述钒基复合氧化物催化剂催化CO_(2)氧化乙苯脱氢(CO_(2)-ODEB)反应的性能,探讨了不同稀土氧化物的助剂效应及其作用机制,分析了催化剂的失活原因。结果表明:稀土氧化物对V_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)催化剂的织构性质、结构特征、还原性能、表面可还原钒物种数量、氧缺陷含量及积炭行为有不同程度的影响。其中,V_(2)O_(5)-Pr_(6)O_(11)-Al_(2)O_(3)催化剂的比表面积最大,孔道规整度较高,可还原的表面钒物种最多,表现出最高的初始乙苯转化率;V_(2)O_(5)-CeO_(2)-Al_(2)O_(3)催化剂不仅具有较好的还原性能和较多的表面可还原钒物种,且其氧缺陷含量最高,能够较好地维持CO_(2)-ODEB反应过程中V^(5+)与V^(4+)之间的氧化还原循环稳定性,表现出较高的初始活性和最佳的长周期稳定性。催化剂的失活分析结果表明:虽然加入不同稀土氧化物能够在一定程度上影响催化剂的抗积炭能力,但与V^(5+)的不可逆还原相比,积炭并不是催化剂失活的主要原因。