论文题目: 锑氧化物及锑钒复合氧化物催化剂上的甲烷选择氧化研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 物理化学
作者: 张海东
导师: 李灿
关键词: 甲烷选择氧化,甲醇,甲醛,锑氧化物,锑钒复合氧化物
文献来源: 中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 甲烷选择氧化直接制甲醇、甲醛的研究由于其重大的经济和学术价值而一直受到学术界和工业界的重视，目前仍然是催化研究中最大的挑战之一。本论文工作考察了锑氧化物和锑钒复合氧化物催化剂上甲烷选择氧化反应，并利用XRD、UV Raman等技术详细研究了锑氧化物和锑钒复合氧化物的结构和反应性能之间的关系，取得如下主要结果： SbOx／SiO2催化剂上以O2为氧化剂的甲烷选择氧化反应中，650℃下可以得到3.9％的甲烷转化率，11.5％的甲醛选择性，与MoOx／SiO2催化剂的结果相当。研究发现高度隔离和低聚的SbOx物种比高聚的SbOx物种具有更高的活性，并与甲烷的活化和甲醛分解直接相关。Sb2O5／SiO2催化剂上以O2-NO为氧化剂的甲烷选择氧化反应中，600℃时可以得到17.3％的甲烷转化率，30.8％的醇醛选择性；反应结果显示甲醛更多地通过Sb2O5／SiO2催化剂表面的催化过程产生而甲醇则更多地产生于气相反应。 SbVO／SiO2催化剂上以O2为氧化剂的甲烷选择氧化反应中，650℃时得到20％的甲烷转化率和15％的甲醛选择性；对应的甲醛收率为3％，远高于Sb2O5／SiO2催化剂的结果，比VOx／SiO2催化剂提高一倍以上。研究还发现SbVO／SiO2催化剂表面的锑钒复合氧化物在Sb／V比为2左右时从Sb2VO5相向SbVO4／VSb1-xO4-1.5x相转变，Sb2VO5相复合氧化物表现出更高的活性和甲醛选择性，这种活性相可能与甲烷的活化和转化直接相关。 在SbVO／SiO2催化剂上的甲醇选择氧化反应中，425℃时得到99.6％的甲醇转化率和91％的甲醛选择性，与具有相等钒担载量的VOx／SiO2催化剂相比甲醛收率提高了约25％。在425℃下进行了14小时的反应性能测试中，甲醇转化率、甲醛选择性等指标保持稳定。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 匀相体系中的甲烷氧化制甲醇甲醛
1.2.1 气相甲烷部分氧化
1.2.2 液相介质中的甲烷选择氧化
1.3 酶催化及Fe-ZSM-5-N_2O体系
1.4 气同相催化反应
1.4.1 气固相甲烷选择氧化反应的机理
1.4.2 甲烷选择氧化金属氧化物催化剂上的活性位
1.5 论文构思
参考文献
第二章 实验方法
2.1 化学试剂
2.2 催化剂制备
2.3 反应测试
2.3.1 甲烷选择氧化反应
2.3.2 甲醇选择氧化反应
2.4 催化剂表征
2.4.1 N_2物理吸附
2.4.2 XRD测试
2.4.3 吡啶吸附实验
2.4.4 XPS测试
2.4.5 UV Raman光谱测试
2.4.6 UV Vis DRS光谱测试
2.4.7 TG分析
2.4.8 H_2-TPR测试
参考文献
第三章 SbOx/SiO_2催化剂上的甲烷选择氧化
3.1 引言
3.2 SbOx/SiO_2催化剂的物理性质
3.3 SbOx/SiO_2催化剂的表面酸性
3.4 Sb_2O_3/SiO_2催化剂表面上的SbOx物种变化
3.4.1 UV Vis DRS表征
3.4.2 Sb_2O_3的TG分析
3.4.3 UV Raman表征
3.4.4 XPS表征
3.5 Sb_2O_5/SiO_2催化剂表面上的SbOx物种变化
3.5.1 XPS表征
3.5.2 UV Vis DRS表征
3.5.3 UV Raman表征
3.6 SbOx/SiO_2催化剂的Redox性能
3.6.1 Sb_2O_3/SiO_2催化剂的H_2-TPR测试
3.6.2 Sb_2O_5/SiO_2催化剂的H_2-TPR测试
3.7 Sb_2O_3/SiO_2催化剂的甲烷选择氧化反应性能
3.8 Sb_2O_5/SiO_2催化剂的甲烷选择氧化反应性能
3.9 讨论
3.10 Sb_2O_5/SiO_2催化剂上以O_2-NO为氧化剂的甲烷选择氧化反应
3.11 小结
参考文献
第四章 SbVO/SiO_2催化剂上的甲烷选择氧化
4.1 引言
4.2 Sb_5V_(0.14-2.8)O/SiO_2催化剂的研究
4.2.1 物理性质
4.2.2 UV Vis DRS表征
4.2.3 UV Raman表征
4.2.4 H_2-TPR测试
4.2.5 甲烷选择氧化反应性能
4.3 Sb_(10)V_(0.28-5.6)O/SiO_2催化剂的研究
4.3.1 物理性质
4.3.2 UV Vis DRS表征
4.3.3 UV Raman表征
4.3.4 H_2-TPR测试
4.3.5 甲烷选择氧化反应性能
4.3.6 催化剂表面不同Sb-V复合氧化物活性相
4.4 Sb_(20)V_(0.56-11.2)O/SiO_2催化剂的研究
4.4.1 浸渍法制备的催化剂表面活性物种的变化
4.4.1.1 比表面积
4.4.1.2 表面物种的晶相
4.4.1.3 UV Raman表征
4.4.2 Sol-gel法制备的催化剂表面活性物种的变化
4.4.2.1 UV Raman表征
4.4.2.2 XRD表征
4.4.3 浸渍法制备的催化剂的甲烷选择氧化反应性能
4.5 小结
参考文献
第五章 SbVO/MSU-2催化剂上的甲烷选择氧化
5.1 引言
5.2 催化剂的物理性质
5.3 催化剂的UV Raman表征
5.4 催化剂的甲烷选择氧化反应性能
5.5 小结
参考文献
第六章 SbVO/SiO_2催化剂上的甲醇选择氧化
6.1 引言
6.2 催化剂的UV Vis DRS表征
6.3 催化剂的UV Raman表征
6.4 催化剂的表面酸性
6.5 催化剂的甲醇氧化反应性能
6.6 讨论
6.7 小结
参考文献
第七章 结论
7.1 结论
7.2 论文不足之处与展望
作者简介和发表文章目录
致谢
发布时间: 2007-03-13
参考文献
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