杂多酸/分子筛的制备及催化甲烷偶联化反应

论文摘要

甲烷是天然气的主要成分,近年来随着石油价格的越长越高和天然气价格的相对降低,使天然气有可能成为替代石油成为主要的化工原料。但是,甲烷高对称性及其高达439kJ/mol的C-H键能使它的选择活化成为催化领域最为严峻的挑战之一,因此,甲烷的高效转化还处在摸索阶段。本文以溶胶-凝胶法合成了具有微孔介孔复合型孔道结构SiO2分子筛,通过湿法浸渍制备了Mn-W/SiO2催化剂和Mn-W-Mo/SiO2催化剂,并使用固定床反应器进行甲烷偶联氧化反应,分别从反应器的床程高度、原料进料比、反应温度三方面对催化剂的催化性能进行了评价。以正硅酸乙酯为原料、正丁醇为模板剂,在酸性条件下缓慢水解,得到SiO2凝胶体,通过湿法浸渍制备了Mn-W/SiO2催化剂和Mn-W-Mo/SiO2催化剂,分别对SiO2载体、制备完成的催化剂及使用过的催化剂进行了XRD、比表面、孔径、表面形貌、ICP等分析。并且制备了硅钨酸和硅钼酸。由于固定床反应器具有:①返混小,流体同催化剂可进行有效接触,当反应伴有串联副反应时可得较高选择性;②催化剂机械损耗小;③结构简单等优点;因此根据实验需要自制了固定床反应器,并用其进行甲烷偶联氧化反应,进而优化反应条件。考查了三种条件对Mn-W/SiO2催化剂和Mn-W-Mo/SiO2催化剂催化性能的影响。结果表明,在反应温度为800℃、床程高度为1.5cm、原料进料比空气:CH4=5∶3时Mn-W-Mo/SiO2催化剂的催化性能达到目前最佳,能够使甲烷的转化率达到8.21%,在750℃以上Mn-W-Mo/SiO2催化剂的催化性能优于Mn-W/SiO2催化剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 甲烷转化的途径
• 1.2.1 甲烷的间接转化
• 1.2.2 甲烷的直接转化
• 1.3 甲烷制乙烯的主要方法
• 1.3.1 三步法
• 1.3.2 二步法
• 1.3.3 一步法（甲烷偶联氧化）
• 1.3.4 杂多酸/分子筛的研究进展
• 1.3.5 实验用固定床反应器
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 实验材料与表征手段
• 2.1 实验药品与仪器
• 2.1.1 实验所需药品
• 2.1.2 实验所需仪器及设备
• 2.2 表征和测试方法
• 第3章 杂多酸/分子筛催化剂的制备及表征
• 3.1 前言
• 3.2 杂多酸/分子筛催化剂的制备
• 3.2.1 微孔介孔二氧化硅分子筛的制备
• 2的孔吸附测试和分析'>3.2.2 无定型SiO₂的孔吸附测试和分析
• 3.2.3 杂多酸的制备
• 3.2.4 杂多酸的热重分析
• 3.2.5 杂多酸的红外光谱
• 3.2.6 催化剂的制备
• 3.2.7 催化剂的孔吸附测试和分析
• 3.2.8 催化剂的XRD谱图分析
• 2的表面形貌分析'>3.2.9 Mn-W-Mo/SiO₂的表面形貌分析
• 3.2.10 催化剂的等离子发射光谱仪（ICP）测试
• 3.3 本章小结
• 第4章 甲烷偶联氧化反应
• 4.1 前言
• 4.2 自制固定床反应器简介
• 4.3 固定床反应器和气相色谱的连接及调试
• 4.3.1 固定床反应器的调试及气相色谱分离柱的老化
• 4.3.2 标准样保留时间的确定
• 4.4 甲烷偶联氧化催化反应
• 4.4.1 实验步骤
• 4.5 天然气偶连氧化反应的影响因素
• 4.5.1 催化剂的床程高度对实验的影响
• 4.5.2 进料比的影响
• 4.5.3 反应温度的影响
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢