低碳烷烃氧化脱氢制烯烃非金属催化体系研究进展

低碳烯烃是化学工业的重要原料,通过脱氢反应将低碳烷烃转化为同碳数的烯烃是烷烃高值化利用和烯烃原料多元化的重要途径.烷烃氧化脱氢制烯烃的反应具有不受反应平衡限制、无积炭、反应温度低等优点,一直是研究的热点.传统的金属氧化物具有较好的催化剂活性,但容易造成烯烃的过度氧化而导致烯烃选择性低.硼基催化剂作为一种新型非金属催化剂,表现出显著不同于金属氧化物催化剂的反应特性.六方氮化硼(hBN)被首次报道在丙烷氧化脱氢反应展现高活性,随后系列硼化物(SiB_6、CB_4等)以及负载型硼基催化剂相续被报道.硼催化剂显现出高的催化活性和优异的烯烃选择性,产物中几乎没有完全氧化产物CO2生成,这为选择性断裂C-H键开辟了新路径.大量的谱学以及动力学研究表明催化剂表面BOx物种为催化剂的活性位点.这种打破传统认知的非金属催化剂的催化作用在国际上已经形成一个新的研究热点.此外,非金属炭基催化剂在烷烃氧化脱氢反应中也表现出一定的活性,碳纳米管、碳纳米纤维以及纳米金刚石等炭基催化剂均被用于氧化脱氢反应.炭基催化剂中的羰/醌基被认为是催化活性位;催化剂表面的羧酸、酸酐、内酯等官能团易引起选择性的下降,通过杂原子(B、P、N)掺杂可调变催化剂表面的亲电氧物种,改善烯烃的选择性.本文主要综述了近年来非金属催化低碳烷烃氧化脱氢所涉及的催化剂体系、反应机理等研究进展,最后展望了不同催化剂体系应用于烷烃氧化脱氢反应的未来发展.     

乙烷脱氢制乙烯技术研究进展及趋势

在碳中和及全球能源供需版图调整的背景下,乙烯生产原料轻质化成为主流趋势。乙烷脱氢制乙烯技术具有低能耗、低碳排、流程短、收率高、成本低等优势,但目前工业上主要通过乙烷蒸汽裂解法生产乙烯,其他方法工业化生产相对不成熟。本文简述了近年来乙烷脱氢制乙烯技术(包括直接催化脱氢、O₂辅助氧化脱氢、CO₂辅助氧化脱氢、化学链氧化脱氢、催化膜反应器脱氢等)工艺及催化剂的研究现状,同时介绍了其他新兴工艺及催化剂。乙烷脱氢制乙烯技术现阶段面临的挑战不仅在于开发更高效的催化剂及更低能耗的技术,更需要突破乙烷脱氢热力学平衡的限制设计合适的反应路径,其中催化膜反应器脱氢、化学链氧化脱氢工艺都具有非常广阔的市场和工业化发展前景。     

不同孔道结构的氧化硅负载钒氧化物催化丙烷氧化脱氢

采用固定床微型反应装置,结合催化剂的原位电子自旋共振光谱、程序升温表面反应和紫外漫反射光谱等技术,研究了丙烷氧化脱氢的介孔氧化硅负载钒氧化物催化剂的性能和表面氧物种的状态及其反应性.结果表明,催化剂载体孔结构是影响钒氧物种分散状态乃至催化性能的一个重要因素.SBA-15负载钒氧化物催化剂因具有较大的比表面积和较大的孔径,不仅具有较高的丙烷氧化脱氢催化活性,而且具有较高的丙烯选择性.复合型钒氧化物催化剂表面与V离子相连的晶格氧物种是丙烷氧化脱氢牛成内烯的主要活性物种,载体表面高度分散的钒氧物种具有较高的丙烷氧化脱氢催化活性.负载型钒氧化物催化剂晶格氧物种是丙烷氧化脱氢转化为丙稀的主要活性物种,CO_2分子可以再生钒氧化物催化剂的晶格氧物种,同时它对丙烯的深度氧化作用较弱,因此在负载型钒氧化物催化剂上CO_2氧化丙烷可高选择性地生成丙烯.     

静电纺丝法制备硼掺杂氧化硅纳米纤维用于低碳烷烃氧化脱氢制烯烃

乙烯和丙烯等低碳烯烃是重要的基础有机化工产品,广泛应用于化工生产的各个领域.相比于其他工艺,低碳烷烃氧化脱氢制烯烃工艺具有不受热力学平衡限制、无积炭等特点而被广泛研究.近年发现六方氮化硼(h-BN)、硼化硅(SiB6)和磷酸硼(BPO4)等非金属硼基催化剂能够高效催化烷烃氧化脱氢反应,并抑制产物烯烃的过度氧化,表现出高的催化活性和烯烃选择性.大量的研究表明,硼基催化剂活性起源于催化剂表面的"BO"物种(如B-O和B-OH等基团).氧化硼(B2O3)作为一种氧化气氛中化学性质稳定的含硼化合物,兼具丰富的"BO"位点,在反应条件下可形成多种结构以适用不同的化学环境,为制备高效的烷烃氧化脱氢催化剂提供了可能.在之前的研究中,多将B2O3浸渍在常规的TiO2,SiO2,A12O3等三维多孔载体上用于氧化脱氢反应.考虑到B2O3结构的灵活性和易于成键特性,需开发更为有效的合成策略,以提升B2O3催化剂在氧化脱氢反应中的活性和稳定性.本文采用静电纺丝技术合成了直径为100～150 nm的多孔掺硼二氧化硅纳米纤维(PBSN)用于低碳烷烃氧化脱氢反应.静电纺丝法合成的催化剂中硼物种在开放的氧化硅纤维骨架上均匀分散且稳定固载.一维纳米纤维结构不仅有利于扩散,且赋予催化剂在高重时空速(WHSV)条件下优异的烷烃氧化脱氢反应活性.在乙烷氧化脱氢反应中,当乙烷的转化率达到44.3％时,乙烯的选择性和产率分别为84％和44.2 μmol gcat-1 s-1.而在丙烷脱氢反应中,当丙烷转化率为19.2％时,总烯烃选择性及丙烯产率分别为90％和76.6 μmol gcat-1 s-1.在温度为545 ℃,丙烷WHSV高达84.6 h-1的条件下,催化剂保持长时间稳定.与其他负载型氧化硼催化剂相比,PBSN催化剂具有更高的烯烃选择性和稳定性.研究表明,在氧化硅负载B2O3催化剂催化丙烷氧化脱氢反应中,载体中Si-OH基团的存在可能会降低丙烯的选择性.瞬态分析和动力学实验表明,硼基催化剂催化烷烃氧化脱氢反应过程中O2的活化受到烷烃的影响.本文不仅为高效硼基催化剂的合成提供了新思路,也为深入理解该类催化剂上烷烃氧化脱氢反应过程提供了实验支撑.     

在Fe-Zn-Mg-Cr尖晶石结构催化剂上丁烯-2氧化动力学

用玻璃外循环无梯度反应器研究了在Fe-Zn-Mg-Cr尖晶石结构催化剂上丁烯-2氧化脱氢动力学。丁烯-2氧化脱氢动力学服从三步骤Redox机理。用脉冲法研究了催化剂用丁烯-2还原及还原催化剂用氧再氧化步骤。用脉冲法测定了丁烯-2吸附热。丁烯-2及丁二烯深度氧化动力学服从经验速度方程。用正交设计法估计了动力学方程的参数。丁烯-2氧化脱氢速度比丁烯-1要快。     

正丁烷脱氢制正丁烯催化剂*

综述了对正丁烷脱氢制备正丁烯的催化剂体系,包括有氧脱氢中钒基催化剂、钼酸盐系列和焦磷酸盐系列催化剂;催化脱氢中贵金属Pt系催化剂、以ZSM-5分子筛为载体的催化剂以及膜反应器。探讨了正丁烷脱氢动力学,并在Mars-van Krevlen和 Eley-Rideal机理模型动力学基础上归纳了正丁烷氧化脱氢及直接脱氢的机理。讨论了正丁烷催化剂的影响因素,比较了各类催化剂的特点并对其进行展望,认为ZSM-5分子筛将可能成为正丁烷脱氢制正丁烯的新的研究热点。     

静电纺丝法制备硼掺杂氧化硅纳米纤维用于低碳烷烃氧化脱氢制烯烃（英文）

乙烯和丙烯等低碳烯烃是重要的基础有机化工产品,广泛应用于化工生产的各个领域.相比于其他工艺,低碳烷烃氧化脱氢制烯烃工艺具有不受热力学平衡限制、无积炭等特点而被广泛研究.近年发现六方氮化硼(h-BN)、硼化硅(SiB_6)和磷酸硼(BPO_4)等非金属硼基催化剂能够高效催化烷烃氧化脱氢反应,并抑制产物烯烃的过度氧化,表现出高的催化活性和烯烃选择性.大量的研究表明,硼基催化剂活性起源于催化剂表面的"BO"物种(如B–O和B–OH等基团).氧化硼(B_2O_3)作为一种氧化气氛中化学性质稳定的含硼化合物,兼具丰富的"BO"位点,在反应条件下可形成多种结构以适用不同的化学环境,为制备高效的烷烃氧化脱氢催化剂提供了可能.在之前的研究中,多将B_2O_3浸渍在常规的TiO_2,SiO_2,Al_2O_3等三维多孔载体上用于氧化脱氢反应.考虑到B_2O_3结构的灵活性和易于成键特性,需开发更为有效的合成策略,以提升B_2O_3催化剂在氧化脱氢反应中的活性和稳定性.本文采用静电纺丝技术合成了直径为100～150 nm的多孔掺硼二氧化硅纳米纤维(PBSN)用于低碳烷烃氧化脱氢反应.静电纺丝法合成的催化剂中硼物种在开放的氧化硅纤维骨架上均匀分散且稳定固载.一维纳米纤维结构不仅有利于扩散,且赋予催化剂在高重时空速(WHSV)条件下优异的烷烃氧化脱氢反应活性.在乙烷氧化脱氢反应中,当乙烷的转化率达到44.3%时,乙烯的选择性和产率分别为84%和44.2μmol g_(cat)~(-1)s~(-1).而在丙烷脱氢反应中,当丙烷转化率为19.2%时,总烯烃选择性及丙烯产率分别为90%和76.6μmol g_(cat)~(-1)s~(-1).在温度为545℃,丙烷WHSV高达84.6 h~(-1)的条件下,催化剂保持长时间稳定.与其他负载型氧化硼催化剂相比,PBSN催化剂具有更高的烯烃选择性和稳定性.研究表明,在氧化硅负载B_2O_3催化剂催化丙烷氧化脱氢反应中,载体中Si–OH基团的存在可能会降低丙烯的选择性.瞬态分析和动力学实验表明,硼基催化剂催化烷烃氧化脱氢反应过程中O_2的活化受到烷烃的影响.本文不仅为高效硼基催化剂的合成提供了新思路,也为深入理解该类催化剂上烷烃氧化脱氢反应过程提供了实验支撑.     

Fe-Pb磷酸盐系催化剂某些晶相变化的研究

作者使用X光衍射及差热分析方法研究了异丁酸氧化脱氢Fe-Pb-磷酸盐催化剂在使用前后所发生的某些晶相变化,为考查异丁酸在此催化剂上的化学吸附^[1]及氧化脱氢反应机理提供必要的信息。     

正丁烷在金属钼酸盐催化剂上的氧化脱氢

 用柠檬酸盐法合成了第一系列过渡金属(Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu和Zn)及Mg的钼酸盐催化剂,研究 了它们对正丁烷氧化脱氢反应的催化作用. 结果表明,这些钼酸盐催化剂的催化性能受阳离子的影响较大. CoMoO4催化剂具有最高的催化活性和较高的选择性,其催化性能与文献报道的对正丁烷氧化脱氢反应催化性能最好的ZrP2O7和Mg3V2O8催化剂大致相当; MgMoO4催化剂虽然选择性较高,但活性较低; Cr2(MoO4)3上基本没有C4烯烃生成; 其它钼酸盐催化剂对正丁烷氧化脱氢反应的催化活性和对烯烃的选择性都较低. XRD,NH3-TPD和H2-TPR的研究结果表明,催化剂为单一的钼酸盐晶相,催化剂的性能由其氧化还原性决定而与其表面酸量没有直接关系. 通过对产物分布的分析,提出了正丁烷在CoMoO4催化剂上的氧化脱氢反应途径. 在558 ℃,正丁烷发生氧化脱氢生成正丁烯和丁二烯以及氧化燃烧生成CO2三个平行竞争反应的竞争分率分别约为75%,10%和15%. 在正丁烷转化率较高的条件下,产物中的CO2主要来自C4烯烃的再氧化反应,而CO则完全来自C4烯烃的再氧化.     

氮化硼催化低碳烷烃氧化脱氢的活性起源探讨（英文）

页岩气的急速开采推动了以天然气替代石油的资源革命.除主组分甲烷外,天然气、页岩气中还包含大量乙烷、丙烷等低碳烷烃资源,将这些储量丰富的碳资源直接转化为烯烃等基础化学品有望革新以原油为基础的化学工业.现有烷烃催化脱氢制烯烃工艺中,直接脱氢过程吸热、热力学受限,且存在催化剂迅速失活的难题;而氧化脱氢是放热过程、无平衡限制,也无积碳等引发催化剂失活的问题,有利于提高反应效率、降低能耗,代表了更为高效和经济的新路线.但作为一个热力学爬坡过程,目前金属氧化物催化剂上烯烃产物很容易深度氧化到CO_2,选择性仍有待提高.非金属氮化硼能够有效活化低碳烷烃中的C-H键,促进烷烃氧化脱氢,并能够有效抑制深度氧化产物的生成,解决低碳烷烃临氧脱氢过程中产物易深度氧化的固有难题.本文综述了近期氮化硼在乙烷、丙烷、丁烷等低碳烷烃氧化脱氢制烯烃反应中的研究进展.以丙烷氧化脱氢为例,通过比较文献报道的几种氮化硼材料的氧化脱氢性能,发现羟基化氮化硼显示了最高的烯烃选择性和时空收率,以20.6%的丙烷转化率为基准,烯烃选择性超过90%,而时空收率可达6.8 golefin gcat~(-1) h~(-1).在此基础上,本文重点讨论了对于氮化硼材料催化活性起源的认识.主要实验事实和结论包括:氮化硼自身几乎没有氧化脱氢活性,而在烷烃氧化脱氢反应条件下存在活性诱导期;活性诱导期伴随着氮化硼边沿氧官能团化过程;氮化硼边沿B-O官能团没有脱氢活性,而B-OH官能团参与了氧化脱氢过程,辅助分子氧引发低碳烷烃脱氢反应;分子氧在羟基氮化硼边沿解离活化,反应过程中与边沿结构氧存在动态交换;氮化硼边沿羟基化定向合成过程可显著增强氧化脱氢反应活性.氮化硼作为一类新型烷烃氧化脱氢催化剂,目前正处于研究的初始阶段.因此,本文最后总结了一些关于氮化硼烷烃脱氢催化体系仍需深入研究的科学问题.     

异丁烷直接脱氢制异丁烯催化剂研究进展

从热力学和反应机理角度概述了异丁烷直接脱氢和氧化脱氢的差异;从活性中心性质、失活与再生、助催化剂以及载体方面,综述了目前广泛研究的异丁烷直接脱氢制异丁烯催化剂,包括PtSn-、CrOx-、GaOx基和金属硫化物催化剂,并分析了各类催化剂的优缺点及目前的研究方向;简述了其他类型的脱氢催化剂,包括Mo/MgAl2O4、碳基材料、Co-、Ni2P-、VOx基催化剂等;分析了目前脱氢技术面临的问题以及未来的研究方向。     

异丁烷直接脱氢制异丁烯的催化剂的研究进展

从热力学和反应机理角度概述了异丁烷直接脱氢和氧化脱氢的差异;从活性中心性质、失活与再生、助催化剂以及载体方面综述了目前广泛研究的异丁烷直接脱氢制异丁烯的催化剂,包括PtSn-、CrO_x-、GaO_x基和金属硫化物催化剂,并分析了各类催化剂的优缺点及目前的研究方向。简述了其他类型的脱氢催化剂,包括Mo/MgAl_2O_4、碳基材料、Co-、Ni_2P-、VO_x基催化剂等。分析了目前脱氢技术面临的问题以及未来的研究方向。     

CO2 气氛下 MCF 负载氧化钒催化剂上乙苯脱氢反应

 以介孔氧化硅泡沫 MCF 为载体合成了一系列负载型氧化钒催化剂 (V 含量为 2%?10%). 采用 N2 吸附、X 射线衍射和 H2 程序升温还原对 V/MCF 催化剂的结构和织构性质进行了表征, 并评价了催化剂在 CO2 气氛下的乙苯脱氢性能. V/MCF 催化剂具有较高的乙苯脱氢活性, 其中 V 含量为 6% 的催化剂具有最高的反应活性. V/MCF 催化剂的乙苯脱氢活性显著高于 V/MCM-41, 这是由于前者具有较高的可还原性以及较好的扩散性能. CO2 气氛下的乙苯转化率明显高于 N2 气氛下的, 这归因于 CO2 与乙苯发生氧化脱氢, 并通过逆水煤气变换反应在线除去脱氢反应生成的氢.     

氧扩散与表面反应在VOx-Ce1-xZrxO2催化丙烷脱氢反应中的影响(英文)

丙烯是一种重要的化工原料,近年来市场需求逐年上升.丙烷直接脱氢(PDH)生产丙烯技术虽然已实现工业化应用,但其存在反应热力学不利、催化剂成本高及使用有毒铬系催化剂等问题.丙烷氧化脱氢(ODH)由于过度氧化严重和存在操作风险等问题阻碍了其实际应用.化学链丙烷脱氢(CL-ODH)技术采用低成本且环境友好的可还原金属氧化物作为氧载体(氧化还原催化剂),并利用更高效的晶格氧作为氧化剂替代传统ODH过程中的氧气,在改善丙烷脱氢反应热力学限制的同时抑制了烷烃分子的过度氧化.氧化还原催化剂在该过程中发挥着重要的作用,其设计得到了研究者们的广泛关注.目前,铈锆储氧材料担载的钒催化剂由于在烷烃选择性氧化以及储氧能力方面的优势,在CL-ODH领域展示出良好的应用前景.然而,由于体相氧传输和表面反应共同决定氧化还原催化剂的性能,因此深入探究两者在反应过程中的作用机制对于高性能催化剂的开发至关重要.本文构建了结构明确的VO_x-Ce_1-xZr_xO₂氧化还原催化剂并应用于CL-ODH反应,通过引入Zr调控催化剂的表面和体相性质...     

2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌/NaNO2

设计了一种由 2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌(DDQ)和NaNO2组成的复合催化剂,该催化剂在9,10-二氢蒽氧化脱氢生成蒽的反应中表现出很高的催化活性和选择性. 在120 ℃和1.3 MPa O2下反应 8 h, 9,10-二氢蒽转化率达到99%以上,蒽的选择性为99%. 采用红外光谱和核磁共振方法对催化氧化脱氢的反应历程进行了研究. 结果表明, 9,10-二氢蒽氧气氧化脱氢生成蒽的反应是通过DDQ/DDQH2和NO2/NO两个氧化还原对的电子传递来推动的,以DDQ/NaNO2为催化剂可以有效催化9,10-二氢蒽氧化脱氢生成蒽.     

羟基化氮化硼催化乙烷氧化脱氢制乙烯（英文）

乙烯是最为重要的化工原料之一,目前其工业来源主要来自于烃类的水蒸汽裂解过程.该过程本质上是一个高温均相裂解过程,温度(800℃)高,能耗大,碳排放严重.乙烷氧化脱氢制乙烯属于放热反应,反应温度低,速率快,无积碳等限制,是一条更富有竞争力的工艺路线.然而,常用的金属或金属氧化物催化剂容易导致乙烯深度氧化,从而降低了乙烯选择性.纳米碳材料在烃类氧化脱氢反应中展现出一定的催化活性,但容易被氧化,难以用于反应温度高的乙烷氧化脱氢反应.本文报道了羟基化的氮化硼(BNOH)可高效催化乙烷氧化脱氢制乙烯.氮化硼边沿羟基官能团脱氢生成了动态活性位,从而引发了乙烷的脱氢反应.BNOH对乙烷氧化脱氢制乙烯显示出高选择性.当乙烷转化率在11%,乙烯选择性可高达95%;当乙烷转化率增加到40%,乙烯选择性保持在90%.重要的是,当乙烷转化率超过60%时,BNOH仍然可保持80%的乙烯选择性以及50%的乙烯收率.这些性能指标与现有工业乙烷水蒸气裂解过程运行性能相当.进一步优化反应条件,BNOH催化剂能够实现高达9.1g_(C2H4)g_(cat)~(-1)h~(-1)的时空收率.经过200 h的氧化脱氢反应测试,BNOH催化剂活性和选择性基本恒定,表明其具有非常好的稳定性.X射线粉末衍射结果显示,反应前后BNOH催化剂的物相没有发生变化.透射电子显微镜测试证实,反应后BNOH催化剂的形貌和微观结构也没有明显改变.X射线光电子能谱结果显示,反应200 h后BNOH催化剂表面的氧含量仅从反应前的6.9 atom%微增到8.3 atom%.~1H固体核磁共振谱测试显示,反应200 h后,BNOH催化剂上羟基含量无明显改变.结合原位透射红外光谱和同位素示踪实验,初步确定了BNOH催化剂上引发乙烷氧化脱氢反应的活性中心.氮化硼边沿的氧官能团并不能引发乙烷的氧化脱氢反应,而羟基官能团才是氧化脱氢反应发生的活性位.在乙烷氧化脱氢条件下,分子氧脱除羟基官能团上的氢原子动态生成BNO~·和HO_2~·活性位.密度泛函理论计算表明,乙烷首先在BNO~·或HO_2~·位活化生成乙基自由基,这些中间物进一步与气相氧物种发生反应脱氢生成乙烯.动力学测试结果也验证了上述实验和理论结果.     

2，3-二氯-5，6-二氰基-1，4-苯醌／NaNO2催化9，10-二氢蒽氧化脱氢

设计了一种由2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌（DDQ）和NaN02组成的复合催化剂,该催化剂在9,10-二氢葸氧化脱氢生成蒽的反应中表现出很高的催化活性和选择性．在120℃和1．3MPaO2下反应8h,9,10二氢蒽转化率达到99％以上,葸的选择性为99％．采用红外光谱和核磁共振方法对催化氧化脱氢的反应历程进行了研究．结果表明,9,10-二氢蒽氧气氧化脱氢生成蒽的反应是通过DDQ／DDQH2和NO2／NO两个氧化还原对的电子传递来推动的,以DDQ／NaNO2为催化剂可以有效催化9,10-二氢蒽氧化脱氢生成蒽．     

羟基化氮化硼催化乙烷氧化脱氢制乙烯

乙烯是最为重要的化工原料之一,目前其工业来源主要来自于烃类的水蒸汽裂解过程.该过程本质上是一个高温均相裂解过程,温度(>800?℃)高,能耗大,碳排放严重.乙烷氧化脱氢制乙烯属于放热反应,反应温度低,速率快,无积碳等限制,是一条更富有竞争力的工艺路线.然而,常用的金属或金属氧化物催化剂容易导致乙烯深度氧化,从而降低了乙烯选择性.纳米碳材料在烃类氧化脱氢反应中展现出一定的催化活性,但容易被氧化,难以用于反应温度高的乙烷氧化脱氢反应.本文报道了羟基化的氮化硼(BNOH)可高效催化乙烷氧化脱氢制乙烯.氮化硼边沿羟基官能团脱氢生成了动态活性位,从而引发了乙烷的脱氢反应.BNOH对乙烷氧化脱氢制乙烯显示出高选择性.当乙烷转化率在11%,乙烯选择性可高达95%;当乙烷转化率增加到40%,乙烯选择性保持在90%.重要的是,当乙烷转化率超过60%时,BNOH仍然可保持80%的乙烯选择性以及50%的乙烯收率.这些性能指标与现有工业乙烷水蒸气裂解过程运行性能相当.进一步优化反应条件,BNOH催化剂能够实现高达9.1 gC2H4 gcat-1 h-1的时空收率.经过200 h的氧化脱氢反应测试,BNOH催化剂活性和选择性基本恒定,表明其具有非常好的稳定性.X射线粉末衍射结果显示,反应前后BNOH催化剂的物相没有发生变化.透射电子显微镜测试证实,反应后BNOH催化剂的形貌和微观结构也没有明显改变.X射线光电子能谱结果显示,反应200 h后BNOH催化剂表面的氧含量仅从反应前的6.9 atom%微增到8.3 atom%.1H固体核磁共振谱测试显示,反应200 h后,BNOH催化剂上羟基含量无明显改变.结合原位透射红外光谱和同位素示踪实验,初步确定了BNOH催化剂上引发乙烷氧化脱氢反应的活性中心.氮化硼边沿的氧官能团并不能引发乙烷的氧化脱氢反应,而羟基官能团才是氧化脱氢反应发生的活性位.在乙烷氧化脱氢条件下,分子氧脱除羟基官能团上的氢原子动态生成BNO·?和HO2·?活性位.密度泛函理论计算表明,乙烷首先在BNO·?或HO2·?位活化生成乙基自由基,这些中间物进一步与气相氧物种发生反应脱氢生成乙烯.动力学测试结果也验证了上述实验和理论结果.     

铁硅酸盐分子筛乙苯氧化脱氢催化性能研究Ⅱ．FeZSM－5的酸碱性质和积炭对反应活性的影响

本文应用碱性气体吸附的红外光谱和ＴＰＤ技术研究了ＦｅＺＳＭ－５（Ｆ＿４）的酸性，酸性顺序为：Ｈ－Ｆ＿４＞Ｆｅ＿２Ｏ＿３／Ｆ＿４＞Ｆ＿４原粉＞水热处理的Ｋ－Ｆ＿４＞Ｌｉ－Ｆ＿４＞ＮａＦ＿４＞Ｋ－Ｆ＿４＞ＮａＯＨ／Ｆ＿４，比较了酸强度和积炭对乙苯氧化脱氢性能的影响，以及催化剂酸碱性质与积炭的关系．结果表明，乙苯氧化脱氢反应是在酸碱协同作用下进行的，积炭也参与了氧化脱氢反应，催化剂表面上Ｌ酸中心产生的具有一定Ｃ、Ｈ、Ｏ比的积炭具有高的氧化脱氢活性．碱金属阳离子改性的具有Ｌ酸中心的ＦｅＺＳＭ－５是乙苯氧化脱氢的高活性催化剂。     

丙烷氧化脱氢不同硅基载体负载钒氧化物催化剂的TPSR表征

研究了钒负载不同氧化硅载体(Silica-gel,SBA-15,MCM-41,fumed-SiO2,Nano-SiO2)的丙烷氧化脱氢(ODH)催化剂的结构特征和催化性能,结合催化剂的程序升温表面反应(TPSR)的差热热重质谱(TG-DSC-MS)和原位紫外漫反射光谱(UV-vis DRS)等技术,研究钒在载体上的分散度和晶格氧的反应性。结果表明:负载型钒氧化物催化剂的活性取决于钒在不同硅基载体上的分散度,高度分散的隔离的四配位V5+是丙烷氧化脱氢的活性位。C3H6选择性主要与催化剂的平均孔径相关联,平均孔径越小,产物C3H6越易发生深度氧化。另外,不同氧化硅载体晶格氧与钒的结合强度对C3H6的选择性也产生影响,结合力较弱的V-O-Si中的晶格氧是丙烷氧化脱氢的燃烧位,且燃烧温度随晶格氧与钒、硅结合强度的减小而降低。而与钒结合力较强的V=O和V-O-V中的晶格氧是丙烷氧化脱氢的选择氧化位。硅基载体形貌和结构的不同导致负载型钒氧化物催化剂丙烷氧化脱氢活性和选择性发生差异。