阶跃过渡应答技术研究Mo-V/Al2O3催化剂上乙烷氧化脱氧制乙烯反应的暂态动力学Ⅱ.乙烷氧化脱氢反应的机理和动力学参数的求取

通过一系列应答实验，证实了氧在ＭｏＯ３－Ｖ２Ｏ５／Ａｌ２Ｏ３催化剂上的吸附和吸附态氧转变为晶格氧的过程是慢过程，是乙烷氧化脱氢反应的速度控制步骤；乙烯的深度氧化是乙烯与催化剂表面上吸附态氧作用的结果，而不是与催化剂上晶格氧作用的结果。结合第Ⅰ部分的实验结果，提出了乙烷氧化脱氢制乙烯反应的机理，并用Ｔｒｅａｎｏｒ法和ＤＦＰ法求取了各基元步骤的速率常数、活化能和指前因子等动力学参数。用计算所得的结果进     

阶跃过渡应答技术研究Mo-V/Al_2O_3催化剂上乙烷氧化脱氢制乙烯反应的暂态动力学 Ⅰ.C_2H_6,O_2,C_2H_4和CO_2在催化剂上的吸附行为

用阶跃过渡应答技术研究了乙烷氧化脱氢反应的反应物C_2H_6,O_2,产物C_2H_4和主要副产物CO_2在MoO_3-V_2O_5/Al_2O_3催化剂上的吸附行为。结果表明:C_2H_6和C_2H_4在该催化剂上不吸附;氧为慢吸附、不可逆吸附;CO_2为可逆吸附,吸附量较小。并发现在无氧的条件下,乙烷能与催化剂表面上的晶格氧反应生成乙烯。这些结果对乙烷氧化脱氢反应机理的探讨有重要意义。     

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.     

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.     

乙烷在氧化镍上催化氧化脱氢的反应机理研究

应用O~2-TPD,脉冲实验,原位Weiss磁测量以及TAP(temporalanalysisofproducts)技术对NiO上的乙烷氧化脱氢制乙烯催化作用机理进行了研究。结果表明,NiO中的非化学计量氧表现出与气相氧交换的可逆性,其中在较低温度下脱附的α氧(很可能是O~2^-,O~2^2^-)仅存在于催化剂表面,与气相氧交换迅速,而较高温下脱附的β氧(很可能是O^-)不仅存在于催化剂表面,还存在于催化剂体相。β氧较α氧表现出更高的乙烯选择性。在反应条件下,Ni均应处于高氧化态(Ni^(^2^+^δ^)^+,0≤δ≤1),一旦催化剂中有微量Ni^0生成,乙烷便发生裂解反应,乙烯选择性立即降为零。乙烷在NiO上的氧化脱氢(ODHE)的可能反应机理为:首先乙烷与NiO中的非化学计量氧O~n(~s~)作用脱除一个α-H生成乙基自由基,然后进一步脱除一个β-H生成乙烯,乙烯生成的整个过程是在催化剂表面上进行的;副产物CO~2是由表面乙烯进一步氧化(很可能是与O~2^-,O~2^2^-作用)生成的。失去O~n~(~s~)的NiO在反应体系(一定的氧分压)中,重新生成含非化学计量氧的NiO。     

阶跃过渡应答技术研究Mo-V/Al2O3催化剂上乙烷氧化脱氢制乙烯反应的暂态动力学Ⅰ.C2H6,O2,C2H4和CO2的催化剂上的吸附行为

用阶跃过渡应答技术研究了乙烷氧化脱氢反应的反应物Ｃ２Ｈ６，Ｏ２，产物Ｃ２Ｈ４和主要副产物ＣＯ２在ＭｏＯ３－Ｖ２Ｏ５／Ａｌ２Ｏ３催化剂上的吸附行为。结果表明：Ｃ２Ｈ６和Ｃ２Ｈ４在该催化剂上不吸附；氧为慢吸附、不可逆吸附；ＣＯ２为可逆吸附，吸附量较小。并发现在无氧的条件下，乙烷能与催化剂表面上的晶格氧反应生成乙烯。这些结果对乙烷氧化脱氢反应机理的探讨有重要意义。     

制备方法对Cr/Si-2催化剂在CO2氧化乙烷脱氢制乙烯反应中的催化性能的影响

采用直接水热合成法和浸渍法制备了相同Cr含量的Cr/Si-2催化剂,并在常压固定床微反应器上,考察了它们在CO2或者N2气氛下的乙烷脱氢制乙烯反应中的催化性能及稳定性.由于存在逆水煤气反应和Boudouard反应,CO2能显著促进乙烷的脱氢反应.不论是在CO2还是在N2气氛下,直接水热法制备的催化剂均比浸渍法制备的催化剂显示出更好的催化性能.高价态的Cr物种被认为是催化剂具有高活性的关键.在CO2气氛下的乙烷脱氢制乙烯反应中,浸渍法制备的催化剂比水热法制备的催化剂失活更快,催化剂失活速率的差异可能与它们的氧化还原性质有关.然而在N2气氛下的乙烷脱氢制乙烯反应中,这两种方法制备的催化剂失活速率差异不大.     

Mn_2O_3/SiO_2催化剂上湿天然气中乙烷氧化脱氢活化的研究(英文)

对Mn2O_3／SiO_2催化剂上湿大然气中的乙烷氧化脱氢反应进行了研究,发现Mn2O_3／SiO_2有较好的催化活性。对反应前后的催化剂进行了XRD和XPS分析,结果表明,催化剂的活性组分为Mn~3 我们认为在该催化剂上乙烷的主要活化途径是：催化剂表面的配位不饱和酸碱对（MLC~n -OLC~2-C）将吸附在它们上面的C_2H_6活化和异裂成乙基向由基,乙基自由基进一步形成C_2H_4,同时反应物O_2与催化剂作用,促使已基自由基进行脱附。     

乙烷与CO2制乙烯反应的热力学和动力学研究

乙烷与ＣＯ２的主要反应及其热力学研究表明，乙烷与ＣＯ２反应很复杂，提高ＣＯ２氧化乙烷脱氢生成乙烯的选择，关键在一催化剂的开发；ＣＯ２不但可提高乙灶脱氢制乙烯的热力学平衡转化率，而且可与催化剂表面的积碳发生反应，延长催化剂的使用寿命。研究了催化剂上乙烷与ＣＯ２制乙烯反应的动力学，确定了ＣＯ２氧化乙烷脱氢反应的动力学方程及参数，表明乙烷与ＣＯ２制乙烯的反应速度比乙烷热裂解制乙烯的反应速度要大得多。     

钴基催化剂上乙烷氧化脱氢的催化作用

比较了氧化钴、氧化镍分别对乙烯、乙烷氧化的催化性能,结果发现：乙烯在氧化钴较氧化镍上更易进一步深度氧化生成CO2．通过对新制担载型Co-基催化剂随反应温度反复升、降温的乙烷氧化脱氢(ODHE)性能研究,展现了氧化钴活性相与SiO2载体相互作用对催化性能的影响．Weiss原位磁研究结果表明：SiO2担载的氧化钴催化剂较难还原,即使在反应气中氧被完全耗完时,钴仍停留在Co^2 的价态上．通过对数十个担载和未担载、不同载体、不同担载量的Co-基催化剂的ODHE性能考察表明：在Co-基催化剂上ODHE反应机理一般遵从Hetero-homogeneous机理．     

湿天然气中乙烷氧化脱氢：添加水蒸气对催化剂活性和稳定性的影响

在Ｍｎ２Ｏ３／ＳｉＯ２催化剂上添加水蒸气对湿天然气中乙烷氧化脱氢的活性与稳定性进行了考察,结果表明：水蒸气量对催化剂活性影响不大,对催化剂上析炭有明显抑制作用。催化剂寿命实验连续运转２００ｈ,乙烯选择性仍保持在７５％,乙烯收率保持在４０％。催化剂上仅有轻微结炭,催化剂强度好无粉化现象。用比表面仪、ＸＰＳ和ＸＲＤ对实验前后的催化剂进行了对比分析。结果表明,催化剂具有良好的物相结构稳定性,因此具有较好的工业应用前景     

氧化镍中非化学计量氧在乙烷氧化脱氢中的作用

以纯ＮｉＯ为模型催化剂考察了乙烷氧化脱氢（ＯＤＨＥ）性能，发现非化学计量氧的存在与反应的活性及选择性密切相关．ＴＧＡ研究结果表明，５００℃制备的样品具有ｘ≈６％的非化学计量氧．Ｈ２ＴＰＲ结果表明，非化学计量氧与晶格氧的可还原性明显不同；Ｏ２ＴＰＤＭＳ又把非化学计量氧区分为两个氧物种，Ｏ－２和Ｏ－（或Ｏ２－２）．脉冲试验结果表明，非化学计量氧对ＯＤＨＥ制乙烯是选择性反应的活性氧物种，晶格氧是完全氧化反应的活性氧物种．一旦催化剂中非化学计量氧耗尽并动用晶格氧时，催化剂便有Ｎｉ０生成，表现出自催化性能，使反应活性迅速提高，但产物均为ＣＯ２，ＣＯ，ＣＨ４等完全燃烧或裂解产物．为保持有较高的乙烯收率，反应处于稳态时Ｎｉ必须处于高价态．电导测定结果表明，优良的ＯＤＨＥ催化剂应有Ｐ型半导性．     

浆态法制备的MoVTeNbO催化剂上的乙烷氧化脱氢

 采用浆态法在N2气氛下焙烧制得了MoV0.3Te0.23Nb0.1Ox催化剂. 在以该催化剂催化的乙烷氧化脱氢制乙烯的反应中,440 ℃下乙烷的转化率和乙烯的选择性均在90%左右,乙烯产率达80.9%. 但在空气气氛下焙烧得到的催化剂几乎没有催化活性. 用XRD和SEM等方法考察了催化剂的结构.     

激光促进LiClO4·Pb3(PO4)2复合物表面上的乙烷氧化脱氢反应

 制备了LiClO4,Pb3（PO4）2和LiClO4·Pb3（PO4）2复合物催化剂,用XRD和IR表征了催化剂的晶相及表面结构,并用化学吸附IR和TPD研究了催化剂样品对乙烷的化学吸附性能,用LSSR考察了乙烷氧化脱氢生成乙烯的反应规律．结果表明,催化剂表面的ClO和PO键是乙烷的主要吸附位．LiClO4与Pb3（PO4）2的相互作用促进了ClO键对乙烷的吸附活化能力．在一定反应条件下,乙烷转化率与体系的能量利用率有关,复合物催化剂比单纯的LiClO4和Pb3（PO4）2可更有效地利用激光光能．温度对LSSR反应有一定的辅助作用．     

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。     

乙烷氧化脱氢制乙烯CeO2-NiO/A2O3催化剂上氧物种的研究

在镍基催化剂上进行了乙烷氧化脱氢制乙烯的研究.结果表明,浸渍法制备的催化剂性能最佳.以浸渍法引入CeO2后,催化剂的低温反应活性显著提高.采用O2-TPD-MS、TPR和XPS等表征技术对催化剂进行了表征,结果显示:在ODE反应中,在低温下起主导作用的是"非化学计量氧"(O2-、O-和O22-);在高温下起主导作用的是晶格氧;CeO2的添加减弱了NiO与载体-γAl2O3间的强相互作用,提高了镍物种在载体上的分散度,高分散于催化剂表面的微晶NiO的量明显增加,此物种有利于催化剂的低温活性;影响了催化剂表面氧物种的分布,表面的晶格氧的相对浓度提高了,非化学计量氧的相对浓度降低了.     

空石英管中乙烷氧化脱氢制乙烯

使用空石英反应管,对乙烷氧化脱氢制乙然反应进行了研究。在６３３℃,可得到乙烷转化率７９％,乙烯选择性６６％,乙烯单程收率为５２％,此结果比已知文献报道的使用催化剂的结果毫不逊色。采用空石英反应管的反应特点是在较低的乙烷转化率时,可以得到很高的乙烯选择性,其主要反应副产物为ＣＯ。     

丙烯氧化脱氢二聚中含铋二元氧化物的催化行为

采用脉冲法系统地研究了Bi_2O_(3)、SnO_2、CeO_2、Bi-Sn与Bi-Ce氧化物上的丙烯氧化脱氢二聚。着重对两个二元催化剂进行了比较。认为二聚反应与完全氧化反应是在不同的活性中心上进行的。讨论了吸附氧与晶格氧的不同作用。提出了Bi-Ce催化剂的作用机理。     

乙烷部分氧化制C2氧化物用Fe-A1-P-O催化剂的研究 Ⅱ．Fe-A1-P-O催化剂的吸附及催化性能

用化学吸附-IR，化学吸附-TPD和微反技术研究了超细Fe-Al-P-O催化剂的化学吸附性能及对乙烷部分氧化反应的催化性能．结果表明，乙烷能够以-CH3中的H原子吸附于催化剂表面P=O键的端氧上形成分子吸附态，并且随着吸附温度的升高，对乙烷的吸附强度逐渐增大；乙烯则主要是以C=C双键吸附在催化剂的Lewis酸位：Fe3 上．乙烷部分氧化反应的主要产物为乙烯和COx，但在反应物中引入氢的条件下，乙烷部分氧化反应的性能大为改善，并可生成乙醇和乙醛等含氧化合物．     

在Nd0.7Sr0.3MnO3催化剂上的乙烷氧化反应

十多年来,钙钛矿型催化剂用于氧化反应的研究一直是一个活跃的领域.曾有人详细考察了CO在各种系列钙钛矿型催化剂上的氧化活化,催化剂的组份、晶形、焙烧温度和比表面对CO氧化活性的影响以及催化剂的SO_2中毒,吸附氧、晶格氧和氧空位在反应中的作用等.本文用脉冲反应、程序升温脱附、红外光谱研究了乙烷在Nd_0.7-