PtZn-Sn/SBA-15合成、表征及对丙烷催化脱氢性能

以SBA-15为载体,利用浸渍法制备了单、双和三金属Pt催化剂,并对催化剂进行了N2物理吸附(BET)、程序升温还原(H2-TPR)、H2-化学吸附、透射电子显微镜(TEM)和O2-脉冲等技术表征,研究了它们对丙烷催化脱氢(CDH)制丙烯反应的催化性能。研究结果表明,Pt在三金属催化剂中的分散性能最好,并且部分负载组分可以进入SBA-15的孔道,Pt的分散度达到29%,Pt粒子尺寸为3 nm左右。三金属催化剂表现出优越的脱氢性能,这主要归结于载体的弱酸性、活性组分和助剂、载体之间的相互作用及Zn对Pt的电子调控作用。这些因素使催化剂的积炭量较低,因而具有较高的脱氢稳定性和极高的选择性。     

负载PtSn金属助剂的镁铝水滑石上的丙烷脱氢反应研究

我们研究了以镁铝水滑石作为载体,利用水滑石层间阴离子的可交换性,负载活性金属铂和锡的丙烷脱氢反应.在镁铝水滑石载体中加入Ga能够影响丙烷脱氢活性,当镓的含量为1%时催化剂丙烷脱氢反应活性最高,反应初始时,丙烷转化率为46.5%,反应2 h后,丙烷转化率仍有37.5%.当以Mg(Ga)(Al)O-1%为载体时,考察了不同H_2/C_3H_8摩尔比对丙烷脱氢活性的影响,结果表明当H_2/C_3H_8摩尔比为0.5∶1时,丙烷脱氢反应具有最佳的反应活性,即当在原料气中加入H_2时,能够使得丙烷脱氢的转化率大幅度提升,且选择性也有所提升.烷烃脱氢是一个吸热反应,同时考察了温度对烷烃脱氢反应性能影响,结果表明温度越高,丙烷脱氢反应具有更高的转化率.对催化剂进行长时间寿命实验考察,发现当反应经过40 h后,丙烷的转化率仍有23.5%,说明Pt Sn-Mg(Ga)(Al)O-1%催化剂具有较好的稳定性.     

有序介孔Sn-SBA-15负载铂催化剂上丙烷脱氢性能的提高（英文）

丙烷脱氢制丙烯能够将低级烷烃转变成烯烃,是有效扩大丙烯来源的生产工艺.铂锡催化剂用于丙烷催化脱氢的主要缺点是稳定性差、选择性低,通过稳定锡的氧化态可以大大改善催化剂的脱氢性能及稳定性.本文采用一锅水热合成法制备了一系列高比表面积具有高度有序介孔结构的Sn掺杂的Sn-SBA-15材料,并作为载体负载铂催化剂用于丙烷脱氢反应.同时利用传统浸溃法(IM)合成了Sn/SBA-15-IM材料作为对比.结合X射线衍射(XRD)、BET比表面积和孔体积测试、红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱、H_2程序升温脱附(H_2-TPD)、热重分析(TGA)、扫描电镜和透射电镜等多种物理化学表征手段研究了Sn-SBA-15材料和催化剂的结构性质及其丙烷脱氢反应性能.XRD和BET比表面积和孔体积测试结果表明,水热合成法原位引入助剂Sn不影响载体SBA-15的有序孔道结构,同时能够保持较大的比表面积.传统浸溃法引入Sn会堵塞载体孔道,载体比表面积及孔道有序度下降.Sn掺杂进入SBA-15骨架能够增强Sn物种与载体的相互作用,有利于Sn物种在反应过程中保持氧化态,提高催化剂丙烷脱氢反应的活性及选择性.当Sn掺杂量增至2.0 wt%时,Pt,Sn组分与载体之间的相互作用减弱,催化剂中Sn~0物种所占比例增多,导致催化剂丙烷脱氢性能下降.在丙烷脱氢反应过程中,一锅法引入Sn的催化剂上反应活性和稳定性明显优于浸溃法引入Sn的催化剂.其中,Pt/0.5Sn-SBA-15催化剂表现出最优的丙烷脱氢性能,丙烷转化率为43.8%,丙烯选择性为98.5%.     

有序介孔Sn-SBA-15负载铂催化剂上丙烷脱氢性能的提高

丙烷脱氢制丙烯能够将低级烷烃转变成烯烃,是有效扩大丙烯来源的生产工艺.铂锡催化剂用于丙烷催化脱氢的主要缺点是稳定性差、选择性低,通过稳定锡的氧化态可以大大改善催化剂的脱氢性能及稳定性.本文采用一锅水热合成法制备了一系列高比表面积具有高度有序介孔结构的Sn掺杂的Sn-SBA-15材料,并作为载体负载铂催化剂用于丙烷脱氢反应.同时利用传统浸渍法(IM)合成了Sn/SBA-15-IM材料作为对比.结合X射线衍射(XRD)、BET比表面积和孔体积测试、红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱、H2程序升温脱附(H2-TPD)、热重分析(TGA)、扫描电镜和透射电镜等多种物理化学表征手段研究了Sn-SBA-15材料和催化剂的结构性质及其丙烷脱氢反应性能.XRD和BET比表面积和孔体积测试结果表明,水热合成法原位引入助剂Sn不影响载体SBA-15的有序孔道结构,同时能够保持较大的比表面积.传统浸渍法引入Sn会堵塞载体孔道,载体比表面积及孔道有序度下降.Sn掺杂进入SBA-15骨架能够增强Sn物种与载体的相互作用,有利于Sn物种在反应过程中保持氧化态,提高催化剂丙烷脱氢反应的活性及选择性.当Sn掺杂量增至2.0 wt％时,Pt,Sn组分与载体之间的相互作用减弱,催化剂中Sn0物种所占比例增多,导致催化剂丙烷脱氢性能下降.在丙烷脱氢反应过程中,一锅法引入Sn的催化剂上反应活性和稳定性明显优于浸渍法引入Sn的催化剂.其中,Pt/0.5 Sn-SBA-15催化剂表现出最优的丙烷脱氢性能,丙烷转化率为43.8％,丙烯选择性为98.5％.     

丙烷在负载型催化剂上脱氢反应的研究 Ⅶ.丙烷在负载型金属催化剂上临氢脱

通过对丙烷在负载型金属催化剂 上临氢脱氢反应性能的考察，发现除 负载 型Pt、Pd等具有脱氢活性外；负载型Cu 也同样具 有脱氢活性，并且随Cu载量增加而升高。对催化剂稳定性研究结果表明，载体与金属组分间相互作用是不容忽视的因素之一。催化剂选择性影响 因素主要是加氢裂化或氢解反应。因此，对催化剂脱氢选择性的改善既可通过调变金属组分的脱氢加氢性能，也可通过改变载体酸性进行。     

PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢催化性能

用微型催化反应装置评价,并结合X射线粉末衍射(XRD)、表面积和孔结构测试、程序升温还原(TPR)、氢化学吸附和热重分析等方法研究了负载型PtSn/γ-Al2O3,PtSn/MCM-41和PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢反应催化性能.发现PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较PtSn/MCM-41催化剂高的丙烷脱氢反应活性和较PtSn/γ-Al2O3催化剂高的反应稳定性.实验结果表明,纯硅MCM-41载体表面的锡物种因与载体相互作用较弱故易被还原,导致铂金属分散度和催化剂的丙烷脱氢活性较低.用Al2O3修饰MCM-41可以增强Sn物种与Al2O3/MCM-41载体之间的相互作用,提高PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂铂金属分散度和丙烷脱氢催化活性.并且,积炭后的PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较高的铂金属表面裸露度,故具有较高的丙烷脱氢反应稳定性.PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂优良的丙烷脱氢催化性能町能不仅与Sn-载体Al2O3/MCM-41较强的相互作用有关,而且与Al2O3/MCM-41载体的介孔结构有关.     

离子交换法制备Pt-Sn_E/Mg(Al)O催化剂及其烷烃催化脱氢性能

以水滑石为载体,采用离子交换法制备了Pt-Sn_E/Mg(Al)O催化剂,并对其进行了X射线衍射、N2物理吸附、透射电镜等技术表征;考察了该离子交换法制备的Pt-SnE/Mg(Al)O催化剂对乙烷和丙烷脱氢的催化性能,并与浸渍法制备的Pt-SnI/Mg(Al)O催化剂进行了比较。结果表明,利用离子交换法制备的Pt-SnE/Mg(Al)O催化剂其反应活性和稳定性明显优于浸渍法制备Pt-SnI/Mg(Al)O催化剂的。在相同条件下反应2 h后,Pt-SnE/Mg(Al)O催化剂和Pt-SnI/Mg(Al)O催化剂的乙烷催化脱氢转化率分别为12.2%和3.1%,丙烷催化脱氢转化率分别为38.7%和26.4%。     

B修饰的ZrO2及其制备p H值对PtSn/B-ZrO2丙烷脱氢反应性能的影响（英文）

丙烯作为一种重要的石油化工基础原料,传统上是从石脑油蒸汽裂解或催化裂化过程中作为副产物生产的.随着原油的枯竭和页岩气开发技术的成熟,通过乙烷蒸汽裂解制备乙烯更具吸引力并已得到广泛的工业应用,但该路线乙烯选择性高,而副产物丙烯数量有限.为满足不断增加的丙烯需求量,利用油田气和页岩气中低附加值的丙烷为原料,将其直接脱氢制丙烯(PDH)具有重要的现实意义.目前已开发成功的PDH技术采用的催化剂主要为负载PtSn型催化剂和Cr基催化剂.其中,Pt基催化剂较Cr基催化剂更加环境友好,因此得到了更广泛的应用.由于Pt元素的昂贵和稀有,制备低Pt含量和良好性能的催化剂极具吸引力.UOP Oleflex工艺开发的最新一代催化剂DEH-16仅含有0.3 wt%Pt,相对于前一代催化剂Pt含量降低30%.然而,许多文献报道,随着Pt含量的降低,催化剂的稳定性很容易恶化,降低Pt含量并保持催化剂性能仍具有一定的挑战.研究表明,含有更多Lewis酸性位点和更少Bronsted酸位点的催化剂显示出较好的丙烷脱氢活性和丙烯选择性.此外,源自缺陷位或配位不饱和位的Lewis酸性位也可为负载的金属颗粒提供锚定位点.BASF对ZrO2作为载体的丙烷脱氢催化剂进行了广泛研究,但其催化剂尚未完全商业化.有文献报道,ZrO2负载的PtSn催化剂在脱氢反应中的稳定性较差.将元素硼(B)加入到ZrO2中可以极大地抑制Bronsted酸性而提高Lewis酸量和酸强度,因此我们推测含有适量配位不饱和Zr位点的ZrO2作为PtSn丙烷脱氢催化剂载体可能具有优异的性能.载体的合成pH值对催化剂PDH性能也会有影响.然而,目前还没有硼改性的ZrO2(B-ZrO2)合成pH值对PDH催化性能影响的研究.本文研究了B-ZrO2的合成pH值(9,10和11)对PtSn/B-ZrO2在丙烷脱氢反应中催化性能的影响.Py-IR结果表明各pH值下合成的B-ZrO2均只有Lewis酸,NH3-TPD结果则表明B-ZrO2的Lewis酸量和强度随合成pH值的增加而增加.XPS结果显示,载体对Pt和Sn电子性质的影响不容忽视.由于OSC与CO氧化活性之间没有线性关系,因此Pt和Sn之间的相互作用程度在CO氧化反应中可能起主要作用,并有如下递增趋势:PtSn/B-ZrO2-9相似文献   

PtSnNa/SUZ-4:丙烷脱氢反应的高效催化剂

丙烷脱氢制丙烯是优化利用炼厂气和油田伴生气资源的一条重要途径.随着丙烯需求量的逐步增加,丙烷脱氢制丙烯日益受到重视.负载型PtSn/γ-Al2O3催化剂具有优良的丙烷脱氢活性和选择性,但在高温、低氢压的反应条件下,催化剂易积炭而失活.近年来,选用了微孔分子筛如ZSM-5和介孔分子筛如SBA-15和MCM-41作为PtSn催化剂的载体,结果表明,具有规整孔道结构的负载型PtSn/分子筛催化剂的丙烷脱氢反应稳定性明显优于PtSn/γ-Al2O3催化剂.SUZ-4分子筛与ZSM-5分子筛结构相似且孔径相当,所不同的是ZSM-5由十元环交叉孔道组成,而SUZ-4由十元环和八元环孔道垂直相交组成.我们用微型催化反应装置结合XRD、BET比表面积和孔体积测试、NH3吸附-程序升温脱附(NH3-TPD)、氢化学吸附、热重分析(TG)、H2程序升温还原(H2-TPR)和程序升温氧化(TPO)等多种物理化学手段研究了负载型PtSnNa/SUZ-4和PtSnNa/ZSM-5催化剂的结构和丙烷脱氢反应性能,以及这两种催化剂在丙烷脱氢反应中催化性能差异的原因.实验结果显示,在丙烷脱氢反应中,负载型PtSnNa/SUZ-4催化剂上丙烯选择性和反应稳定性明显优于PtSnNa/ZSM-5催化剂,说明载体一定程度上会影响催化剂上丙烷脱氢反应性能.XRD,BET比表面积和孔体积测试等表征手段结果表明,SUZ-4和ZSM-5的孔体积和比表面积比较接近,载体的结构又类似,且两者的积碳量也相近,故载体的基本性质和积碳量的差异不是引起催化剂性能差异的原因.NH3-TPD结果表明,H-SUZ-4的酸强度明显强于H-ZSM-5.由于浸渍法制备负载型PtSn催化剂所用前体为具有强酸性的混合溶液(H2PtCl6+SnCl4),存在于SUZ-4分子筛孔道内表面的强酸中心不利于上述前体与SUZ-4分子筛孔道内表面结合.ZSM-5分子筛孔道内表面比较弱的强酸中心,促进了催化剂前体在ZSM-5分子筛孔道内表面的分散与结合.和ZSM-5为载体的催化剂相比,PtSnNa/SUZ-4上Pt粒子大部分分散在载体的外表面,从而金属上的积碳不易引起催化剂的失活.故多孔材料上Pt的分布是影响催化活性差异的主要原因.为进一步证明多孔材料上Pt的分布是影响催化活性差异的主要原因,我们通过二苯并噻吩预处理催化剂的手段证明Pt粒子在分子筛孔内外的分布情况.由于二苯并噻吩的尺寸比较大(0.8 nm)不能进入到分子筛的孔道内(SUZ-4:0.56 nm,ZSM-5:0.56 nm),所以载体孔道外的部分Pt会被二苯并噻吩预处理而失去活性,而孔道内的Pt不会因为预处理仍具有催化活性.实验结果表明,PtSnNa/SUZ-4经过二苯并噻吩预处理后,催化活性大大降低;而PtSnNa/ZSM-5经过二苯并噻吩预处理后,催化活性几乎没有变化.说明PtSnNa/SUZ-4上Pt粒子大部分分散在载体的外表面,从而金属上的积碳不易引起催化剂的失活.     

PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢催化性能

用微型催化反应装置评价, 并结合X射线粉末衍射(XRD)、表面积和孔结构测试、程序升温还原(TPR)、氢化学吸附和热重分析等方法研究了负载型PtSn/γ-Al2O3, PtSn/MCM-41和PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢反应催化性能. 发现PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较PtSn/MCM-41催化剂高的丙烷脱氢反应活性和较PtSn/γ-Al2O3催化剂高的反应稳定性. 实验结果表明, 纯硅MCM-41载体表面的锡物种因与载体相互作用较弱故易被还原, 导致铂金属分散度和催化剂的丙烷脱氢活性较低. 用Al2O3修饰MCM-41可以增强Sn物种与Al2O3/MCM-41载体之间的相互作用, 提高PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂铂金属分散度和丙烷脱氢催化活性. 并且, 积炭后的PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较高的铂金属表面裸露度, 故具有较高的丙烷脱氢反应稳定性. PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂优良的丙烷脱氢催化性能可能不仅与Sn-载体Al2O3/MCM-41较强的相互作用有关, 而且与Al2O3/MCM-41载体的介孔结构有关.     

水蒸汽对PtSn／Al2O3催化剂结构及反应性能的影响

比较研究了Ａｌ２Ｏ３负载的铂及ＰｔＳｎ催化剂在氮气及水蒸汽稀释条件下的丙烷脱氢性能,并利用ＸＰＳ及氢脉冲吸附对催化剂进行了表征。结果表明,水蒸汽可促使Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３催化剂的铂晶粒烧结。与在氮气氛中相比,在水蒸汽存在下反应显著提高了Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３的丙烷转化率,却降低了丙烯的选择性。另一方面,水蒸汽可调变ＰｔＳｎ／Ａｌ２Ｏ３催化剂的结构,破坏了ＰｔＳｎ／Ａｌ２Ｏ３中与锡相互作用的铂簇团结构。从而导     

锡负载量对PtSn/Al2O3催化丙烷脱氢性能的影响

采用羰基合成-浸渍法制备了不同Pt/Sn摩尔比(3:1, 1:1, 1:2和1:3)的PtSn/Al₂O₃催化剂, 利用N₂吸附-脱附实验、 X射线衍射(XRD)、 透射电子显微镜(TEM)、 吡啶吸附红外光谱(Py-IR)和热重-差热分析(TG-DTA)等手段对其进行了表征, 研究了Sn负载量对PtSn/Al₂O₃的结构性质及催化丙烷脱氢性能的影响. 结果表明, 制备的PtSn/Al₂O₃具有较高的丙烯选择性和稳定性. 当Pt/Sn摩尔比为3:1和1:1时, 铂和锡在催化剂上主要以Pt₃Sn和PtSn合金形式存在, 合金的形成明显改善了催化剂的脱氢性能, 可抑制金属颗粒的高温烧结; 当Pt/Sn摩尔比为1:2和1:3时, 铂主要以金属形式存在. 随着Sn负载量的增加, 催化剂上L酸性位逐渐减少, 丙烷转化率降低, 丙烯选择性增加, 同时促使反应积炭从金属表面向载体迁移, 改善了催化剂的稳定性.     

Ferric Single-Site Catalyst Confined in a Zeolite Framework for Propane Dehydrogenation

Non-oxidative dehydrogenation of propane is a highly efficient approach for industrial preparation of propene that is commonly catalyzed by noble Pt or toxic Cr catalysts and suffers from coking. In this work, ferric catalyst confined in a zeolite framework was synthesized by a hydrothermal procedure. The isolated Fe in the framework formed distorted tetrahedra, which were beneficial for the selective dehydrogenation of propane and reached over 95 % propene selectivity and over 99 % total olefins selectivity. This catalyst had a silanol-free structure and was oxygen tolerant, hydrothermally stable, and coke free, with a deactivation constant of 0.01 h⁻¹. This study provided guidance for the synthesis of structural heteroatomic zeolite and efficient propane non-oxidative dehydrogenation over early transition metals.     

添加碱土金属对负载型铂锡催化剂长链烷烃脱氢反应性能的影响

用微型催化反应装置结合吡啶吸附 红外光谱、热重、氢化学吸附和程序升温等还原手段,研究了添加碱土金属离子助剂对负载型PtSn/γ-Al2O3催化剂长链烷烃(C10~13)脱氢反应性能的影响。结果表明,碱土金属助剂的引入可以降低催化剂积炭量、提高催化剂铂金属表面裸露度,从而提高催化剂脱氢反应稳定性。但强碱性的碱土金属助剂如Ba2+的引入增强了锡与载体之间的相互作用,减弱了锡与铂之间的相互作用, 导致反应后催化剂铂金属表面裸露度下降,故PtSnBa/γ-Al2O3催化剂脱氢活性较低。     

The Dehydrogenation of Propane on Platinum–Tin Glass-Fiber Woven Catalysts

The reaction of propane dehydrogenation on platinum–tin catalysts supported onto different woven carriers (an aluminoborosilicate and two silica materials) was studied. It was found that the catalyst was rapidly deactivated by carbon deposits formed, and the rate of this reaction increased with the specific surface area of the glass-fiber woven material and the Pt content. It was established that the Pt: Sn ratio in surface platinum particles was about 6, and it increased to 39 after the reaction; this fact is indicative of a Sn loss, which led to an increase in the conversion of feed into carbon deposits that deactivated the catalyst. A mixture of propane and 5–10 vol % H₂ should be used for the stabilization of the catalytic system; in this case, the negative effect of hydrogen on the yield of propylene was minimal. On the catalyst supported onto a silica carrier under optimum conditions (550°C; propane space velocity, 480 h^–1), which correspond to minimum selectivity for the formation of carbon deposits, the yield of propylene was ~18%. The test glass-fiber woven catalyst was inferior to granulated platinum–tin catalysts in terms of catalytic activity; therefore, its use in the reaction of propane dehydrogenation is inexpedient.     

Na对PtSn/ZSM-5催化丙烷脱氢反应性能的影响

以HZSM-5分子筛为载体, 利用分步浸渍法制得不同Na含量的PtSnNa/ZSM-5催化剂, 用于丙烷脱氢反应. 利用XRD、吡啶吸附红外光谱、NH3-TPD、氢化学吸附、TPR等手段, 研究了Na的添加对PtSn/ZSM-5催化剂物化性质的影响. 结果表明: Na的添加对PtSn/ZSM-5催化剂的反应性能影响明显. 适量Na的添加不仅降低了催化剂中的Brönsted酸中心和Lewis中强/强酸中心, 抑制了积碳的发生, 提高了催化反应的稳定性; 而且提高了催化剂表面的Pt金属裸露度, 增加了反应活性. 当Na含量为1.0%(w)时, 催化剂的丙烯选择性和收率达到最大, 反应30 h后, 丙烷转化率仍然保持很高(36.4%). 继续增加Na含量, 催化剂中的Lewis弱酸中心有所增加, 同时Sn组分易于被还原成Sn0, 丙烷裂解、氢解等副反应增加, 不利于脱氢反应的进行.     

The effect of Al~(3+) coordination structure on the propane dehydrogenation activity of Pt/Ga/Al_2O_3 catalysts

The effect of the Al_2O_3 structure on the performance of Pt/Ga/Al_2O_3 catalysts is investigated for the direct dehydrogenation of propane. The study unveils that the structure of Al~(3+)determines the bulk structure of catalysts, particularly a high content of coordinatively unsaturated Al~(3+)sites(penta-coordinated Al~(3+),denoted as Al~(3+)penta) could lead to a remarkably improved dehydrogenation activity of the catalyst. The bulk characterization reveals that the sufficient amount of Al~(3+)pentain Al_2O_3 benefit the dispersion of Pt and Ga_2O_3 on the Al_2O_3 support. At the same time, TPR results reveal that the presence of Pt facilitates the reduction of Ga_2O_3, likely due to the hydrogen spillover between the well dispersed Pt and Ga_2O_3,which consequently enhances the synergistic function between Pt and Ga_2O_3 in the dehydrogenation of propane. Recyclability tests demonstrate that the dehydrogenation activity stabilizes after three cycles over the Pt/Ga/Al_2O_3 catalyst.