二甲醚催化氧化制碳氢化合物的研究

论文摘要

“二甲醚化学”是一个崭新的课题。本文就催化氧化二甲醚（DME）制碳氢化合物进行了初步探索，所用催化剂是SnO2／CaO及其用V2O5和MoO3改性的纳米催化剂，主要考察了催化剂的制备和反应活性以及催化特性。采用反相微乳法制备SnO2／CaO催化剂，同时用V2O5及MoO3改性SnO2╱CaO催化剂，制备出系列的SnO2／CaO、V2O5／SnO2／CaO和MoO3／SnO2／CaO催化剂。在连续流动石英固定床反应装置上考察了SnO2／CaO、V2O5／SnO2／CaO和MoO3／SnO2／CaO催化剂对二甲醚催化氧化制备碳氢化合物的催化性能和可能的反应机理，催化剂的粒径40～60目，n（二甲醚）：n（氧气）：n（稀释气氦气）=5：1：6，反应空速为3480 mL／(gcata·h)。结果表明，这三种催化剂均在二甲醚催化氧化反应制碳氢化合物反应中表现出良好的催化性能，最佳反应温度为275～325℃。三种催化剂的反应活性次序为：SnO2／CaO＞MoO3／SnO2／CaO＞V2O5／SnO2／CaO。在SnO2／CaO催化剂上DME转化率在300℃时可达到21.75％，产物甲酸甲脂（MF）和乙二醇二甲醚（DMET）的选择性在275℃时分别可达19.06％和58.96％，催化剂最佳的焙烧温度为700℃，焙烧时间为4h，这是迄今为止该领域研究中所获得的最好研究结果。XRD和TGA-DTA表征结果表明：在700℃下焙烧4小时即可以保证得到晶型完整的催化剂颗粒，SnO2／CaO和V2O5／SnO2／CaO催化剂体相中主要存在立方晶系的CaO，SnO2和V2O5高度分散在催化剂表面；而MoO3／SnO2／CaO催化剂体相中主要存在CaO和MoO3。CO2-TPD、吡啶吸附-IR和O2-TPD结果表明，催化剂的酸性很弱，在二甲醚催化氧化制高碳氢化合物反应中，催化剂的活性与其碱性成正比关系，二甲醚在SnO2／CaO、V2O5／SnO2／CaO和MoO3／SnO2／CaO催化剂上的催化氧化反应，有可能是碱性位和化学吸附氧之间共同作用的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 二甲醚的性质
• 1.2 二甲醚的制备
• 1.2.1 甲醇脱水法
• 1.2.2 合成气一步法直接合成二甲醚
• 2加氢合成二甲醚'>1.2.3 CO₂加氢合成二甲醚
• 1.2.4 生物质合成二甲醚
• 1.2.5 煤合成二甲醚
• 1.3 二甲醚的应用
• 1.3.1 气雾推进剂、制冷剂和发泡剂
• 1.3.2 燃料
• 1.4 二甲醚下游产品的开发
• 1.4.1 化学品中间体
• 1.4.2 合成低碳烯烃
• 1.4.3 氧化偶联反应
• 1.4.4 部分氧化反应
• 1.4.5 电催化反应
• 1.5 纳米催化剂的制备方法
• 1.5.1 物理法
• 1.5.2 化学法
• 1.6 论文研究的意义
• 1.7 论文研究的内容
• 第二章 催化剂的活性评价
• 2.1 实验仪器和药品
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验药品
• 2.2 催化剂的制备
• 2.3 催化剂的活性评价
• 2.3.1 催化剂的活性评价装置流程图
• 2.3.2 催化剂的活性评价过程
• 2.4 数据处理方法
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 二甲醚在空管上的催化氧化反应
• 2.5.2 不同催化剂对二甲醚转化率的影响
• 2.5.3 不同催化剂对反应产物的影响
• 2负载量对催化剂催化性能的影响'>2.5.4 SnO₂负载量对催化剂催化性能的影响
• 2O₅负载量对催化剂催化性能的影响'>2.5.5 V₂O₅负载量对催化剂催化性能的影响
• 3负载量对催化剂催化性能的影响'>2.5.6 MoO₃负载量对催化剂催化性能的影响
• 2.5.7 焙烧温度和焙烧时间对催化剂催化性能的影响
• 2.5.8 制备方法对催化剂催化性能的影响
• 2.5.9 催化氧化 DME的机理初探
• 2.6 小结
• 第三章 催化剂的表征
• 3.1 X射线衍射（XRD）表征和分析
• 3.2 热重（TGA）与差热（DTA）表征和分析
• 3.3 透射电镜（TEM）表征和分析
• 2程序升温脱附（CO₂-TPD）的表征和分析'>3.4 CO₂程序升温脱附（CO₂-TPD）的表征和分析
• 3.5 吡啶吸附-IR表征和分析
• 2-TPD）的表征和分析'>3.6 氧气程序升温脱附（O₂-TPD）的表征和分析
• 3.7 小结
• 结论与展望
• 后继工作的建议与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢