SiBeta负载的VOx催化剂在丙烷直接脱氢制丙烯中的活性位

• 作者: 刘玉萍 孙明磊 张守民 胡忠攀 袁忠勇 陈冲
• 来源期刊: 催化学报
• 关键词: 丙烷脱氢 丙烯 VOx物种 SiBeta载体 活性位
• 年，卷（期）: 2020,（2）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 285-296
• 页数: 12页
• 字数: 1234字
• 语种: 中文
• DOI: S1872-2067(19)63444-3

摘要

丙烯是一种非常重要的化工基础原料, 主要用来生产高价值的化学品, 如丙烯腈, 异丙醇和甘油等. 丙烯的传统来源主要是石油的催化裂化反应, 以及石脑油和轻柴油的裂解过程. 随着石油资源的减少, 丙烷直接脱氢制丙烯技术逐渐成为 一条重要的丙烯生产渠道. V基催化剂在丙烷氧化脱氢反应中被广泛研究, 但被用于丙烷直接脱氢反应的报道还较少, 且V基催化剂在丙烷直接脱氢制丙烯中的活性位目前还没有统一定论, 可能是由于V的活性物种与载体性质密切相关, 因此研究V基催化剂在不同载体上的活性位具有重要意义. Beta沸石分子筛具有规则微孔结构, 高的比表面积以及可调节的酸性,是一种理想的金属催化剂载体. 本文采用脱铝后的Beta分子筛作为V催化剂载体, 通过调节V的负载量探究丙烷直接脱氢活性和VOx结构的关系, 以及催化剂的酸性对性能的影响. 活性测试结果显示, V负载量分别为3 wt%, 7 wt%和10 wt%时(催化剂分别命名为3VSiBeta, 7VSiBeta和10VSiBeta), 三者的催化活性十分接近, 此外, 这些催化剂还具有较好的循环利用性, 但碳沉积, 丙烯选择性以及失活率都是随着V负载量的升高而增加. XRD和N2吸附结果揭示, VOx在SiBeta上呈高度分散状态, 并且当V负载量从3 wt%升至10 wt%时, 表面V密度发生明显变化, VOx物种在3VSiBeta中可基本实现孤立的单分散状态. 同时, DR UV-vis, H2-TPR以及Raman测试结果表明, VOx物种的聚合程度随V负载量的升高逐渐增加. NH3-TPD结果表明, Beta载体在脱铝后本身的酸性位完全消除, 但是负载V后引入了新的酸性位, 并且3VSiBeta, 7VSiBeta和10VSiBeta三者的酸量基本相当. 尽管XPS结果显示, 不同VSiBeta催化剂上的V价态分布有差异, 但是相似的催化活性说明VSiBeta催化剂的活性位与形成的酸性位数目密切相关, 而受V初始价态的影响不大. 本文指出, 酸性位可能是与V–O–Si键直接相关, V负载量从3 wt%增加到10 wt%, 会逐渐形成无催化活性的V–O–V键, 导致活性不能进一步提升. 因此, 3VSiBeta催化剂中可实现孤立的VOx物种单层分散在SiBeta载体上, 形成了大量的酸性V–O–Si键, 从而显示出和高负载量的VSiBeta催化剂相当的活性以及较高的脱氢稳定性.