類水滑石衍生復(fù)合金屬氧化物對異丙醇脫氫脫水催化活性的研究.pdf

1、水滑石類化合物(Hydrotalcite-Iike-compounds，簡稱HTLcs)是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氫氧化物，類水滑石這種特殊結(jié)構(gòu)使它們作為新型催化材料表現(xiàn)出了很多優(yōu)異的性能，因而日益受到人們的廣泛關(guān)注。本文采用共沉淀法中的變化pH值法，合成了CuAl、MgAl、ZnAl、NiAl、 NiAlCe、CuMgAl六個(gè)系列的類水滑石化合物；借助XRD、FT-IR、TG-DTA和TPD對合成物物化性能能進(jìn)行表征；利用脈沖微反裝

2、置，以異丙醇脫氫脫水為探針反應(yīng)，評價(jià)了各種類水滑石經(jīng)焙燒制備的復(fù)合金屬氧化物的催化活性，揭示了各樣品表面酸堿活性中心與制備條件及反應(yīng)條件的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：合成的六種類水滑石化合物晶相單一，結(jié)晶度高，其熱穩(wěn)定性達(dá)450℃左右，以其為前軀體，經(jīng)焙燒后可制備比表面積大，活性元素分布均勻，催化性能優(yōu)良的復(fù)合金屬氧化物催化劑。 以CuAl、MgAl、ZnAl、NiAl二元類水滑石為前軀體經(jīng)焙燒制備復(fù)合金屬氧化物應(yīng)用于異丙醇脫氫脫

3、水反應(yīng)，在反應(yīng)溫度為320℃，M<'2>/M<'3+>=4時(shí)，隨著焙燒溫度的提高催化結(jié)果變化規(guī)律基本相同：異丙醇轉(zhuǎn)化率及丙酮選擇性隨焙燒溫度的提高呈拋物線性變化，丙烯選擇性隨焙燒溫度提高呈先降低后升高的變化規(guī)律。對于CuAl-HTLcs焙燒溫度為400℃時(shí)異丙醇的轉(zhuǎn)化率為100％，丙酮的選擇性為100％；MgAl-HTLcs焙燒溫度為550℃時(shí)異丙醇的轉(zhuǎn)化率為72.19％，丙酮的選擇性為45.49％，丙烯的選擇性為54.51％；ZnAl

4、-HTLcs焙燒溫度為400℃時(shí)催化劑異丙醇的轉(zhuǎn)化率為75.46％，丙酮的選擇性為82.41％，丙烯的選擇性為17.59％；NiAl-HTLcs焙燒溫度為500℃時(shí)異丙醇的轉(zhuǎn)化率為73.28％，丙酮的選擇性為72.36％，丙烯的選擇性為27.64％。在適宜的焙燒溫度下二元復(fù)合金屬氧化物隨著M<'2+>/M<'3+>的增加，催化結(jié)果變化規(guī)律為：異丙醇轉(zhuǎn)化率隨M<'2+>/M<'3+>的增加呈拋物線型變化，丙酮的選擇性隨M<'2+>/M<'

5、3+>的增加逐漸變大、丙烯選擇性逐漸變小的規(guī)律。在M<'2+>/M<'3+>=2、4、6時(shí)，焙燒溫度為400℃、反應(yīng)溫度為240℃時(shí)CuAl催化劑異丙醇的轉(zhuǎn)化率依次為79.76％、61.90％、49.95％，丙酮的選擇性依次為91.25％、99.18％、93.23％；焙燒溫度為550℃、反應(yīng)溫度為320℃時(shí)MgAl催化劑異丙醇的轉(zhuǎn)化率依次為56.73％、72.19％、49.95％，丙酮的選擇性依次為35.34％、45.49％、54.16

6、％；焙燒溫度為400℃、反應(yīng)溫度為320℃時(shí)ZnAl催化劑異丙醇的轉(zhuǎn)化率依次為63.43％、75.46％、55.67％，丙酮的選擇性依次為78.52％、82.41％、92.56％；焙燒溫度為500℃、反應(yīng)溫度為320℃時(shí)NiAl催化劑異丙醇的轉(zhuǎn)化率依次為63.43％、73.28％、71.10％，丙酮的選擇性依次為58.43％、65.26％、72.14％。類水滑石焙燒溫度不同、M<'2+>/M<'3+>不同，M<'2+>不同，所得復(fù)合金屬

7、氧化物催化劑應(yīng)用于異丙醇轉(zhuǎn)化，其轉(zhuǎn)化率、丙酮和丙烯的選擇性有所差異，這主要是由于焙燒溫度不同、M<'2+>/M<'3+>不同，在催化劑表面形成的活性中心不同；M<'2+>不同，生成的復(fù)合金屬氧化物酸堿性不同，電負(fù)性值大的氧化物呈酸性，電負(fù)性值小的呈堿性，Cu、Mg、Zn、Ni的電負(fù)性大小不同，與Al<,2>O<,3>形成的復(fù)合金屬氧化物酸堿性不同。以NiAlCe和CuMgAl三元類水滑石衍生復(fù)合金屬氧化物應(yīng)用于異丙醇脫氫脫水反應(yīng)，焙燒溫

8、度及M<'2+>/M<'3+>比對催化的影響結(jié)果是：隨著焙燒溫度的升高，異丙醇轉(zhuǎn)化率及丙酮選擇性呈拋物線性變化，脫氫產(chǎn)物丙烯選擇性隨焙燒溫度提高呈先降低后升高的變化規(guī)律；隨著M<'2+>/M<'3+>的增加，在適宜的焙燒溫度下，異丙醇轉(zhuǎn)化率隨M<'2+>/M<'3+>比的增加呈拋物線型變化，丙酮的選擇性隨M<'2+>/M<'3+>比的增加逐漸變大、丙烯的選擇性逐漸變小的規(guī)律。當(dāng)反應(yīng)溫度400℃、焙燒溫度500℃、Ni/(Al+Ce)=2

9、、Ce/Al=0.5時(shí)NiAlCe衍生復(fù)合金屬氧化物催化劑異丙醇轉(zhuǎn)化率為100％，丙酮選擇性為64.13％，丙烯的選擇性為35.87％；反應(yīng)溫度為240℃、焙燒溫度為400℃、(Cu+Mg)/Al=3、Mg/Cul=4時(shí)CuMgAl衍生復(fù)合金屬氧化物催化劑異丙醇轉(zhuǎn)化率為95.22％，丙酮選擇性為100％。與二元類水滑石衍生復(fù)合金屬氧化物相比，三元類水滑石衍生復(fù)合金屬氧化物的催化活性較高，這是因?yàn)镃e和Mg的引入，催化劑表面的堿性活性中心