基本信息
- 项目名称：
- 介孔碳负载碳化钼催化剂的制备与催化脱氢性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品开发了一种制备有序介孔碳负载碳化钼催化剂的新方法。以间苯二酚和甲醛为碳源，以表面活性剂F127(EO106PO70EO106)为模板剂，在酸性乙醇水溶液中引入钼酸铵溶液, 经静置自组装形成凝胶, 并于氮气中焙烧，得到了有序介孔碳负载碳化钼催化剂。钼在有序介孔碳上分散均匀。制备的催化剂用于催化环己烷的脱氢反应，表现出优良的催化活性与选择性，并且活性稳定。
- 详细介绍：
- 本作品以间苯二酚和甲醛为碳源, 以表面活性剂F127(EO106PO70EO106)为模板剂, 在酸性水/乙醇溶液中引入(NH4)6Mo7O24•4H2O溶液, 经静置自组装形成凝胶, 再于氮气中焙烧，并在固定温度下进行氢气还原，制备了有序介孔碳负载碳化钼催化剂。采用广角及小角XRD和BET对制备的催化剂样品进行了表征。XRD表征结果表明制备的样品具有介孔结构，在钼含量低于15%时样品没有碳化钼的衍射峰，钼含量大于15%后，样品中碳化钼的衍射峰逐渐增强，说明碳化钼在有序介孔碳载体表面分散度较高。BET测试结果表明，催化剂样品的比表面积随着钼含量的增加而略有下降，但是都在700 m2•g-1以上，而孔体积变化不大。采用制备的有序介孔碳负载碳化钼催化剂，在固定床反应器中进行了环己烷脱氢的反应。结果表明，在钼含量为15%时，催化剂的环己烷脱氢活性最高，在温度350℃，压力0.1MPa，空速2h-1，氢烃体积比100:1的条件下，环己烷脱氢转化率达到70.54%，苯和氢气的选择性为100%，并且活性稳定。本作品研制的介孔碳负载碳化钼催化剂总体水平属于国内外领先水平，具有良好的工业应用前景。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：开发一种替代贵金属的环己烷脱氢的高效催化剂。 思路：（1）碳化钼作为脱氢活性组分；（2）以有序介孔碳材料为载体和碳源，直接对氧化钼进行碳化，钼的碳化程度高，催化剂活性更高。载体有序介孔碳较大的比表面积、孔体积及集中的孔径分布，有利于提高反应物的传质，进而提高催化剂的活性（3）在采用软模板法制备有序介孔碳的过程中，引入钼离子，可使钼和碳化钼在介孔碳表面高度分散，制备出的催化剂催化活性更高。
科学性、先进性及独特之处
- 充分利用碳化钼的类铂金属特性，作为环己烷脱氢活性组分；充分利用有序介孔碳较大的比表面积、孔体积及集中的孔径分布以及与金属相互作用较低，并且可以作为碳源直接对金属钼进行碳化的优点，作为催化剂载体；在采用软模板法制备有序介孔碳的过程中，引入钼离子，使钼和碳化钼在介孔碳表面高度分散。制备出的催化剂具有与铂催化剂相近的脱氢活性与选择性。因此本作品具有创新性和实用性，在国内外具有先进水平。
应用价值和现实意义
- 有机液态氢载体环己烷的脱氢技术研究受到广泛关注。采用的氧化铝载铂脱氢催化剂脱氢温度高，易积炭，催化效率低。本作品在采用软模板法制备有序介孔碳的过程中，引入钼离子，开发的有序介孔碳负载碳化钼催化剂具有较大的比表面积、较大的孔体积及集中的孔径分布，钼的碳化程度和分散度高，催化剂具有较高的催化脱氢活性与选择性。因此本作品在环己烷脱氢技术领域具有实际应用价值，对于新能源开发具有现实意义。
学术论文摘要
- 以F127为模板剂，将一定比例的间苯二酚、甲醛、钼酸铵引入酸性乙醇水溶液，经静置自组装形成凝胶，于氮气中焙烧，经氢气高温还原，制备了介孔碳负载碳化钼催化剂。采用广角及小角XRD和BET对催化剂样品进行了表征。结果表明样品具有介孔结构，在钼含量低于15%时，碳化钼在介孔碳表面高度分散。样品的比表面积随着钼含量的增加而略有下降，但均在700 m2•g-1以上，孔体积变化不大。在温度350℃，压力0.1MPa，空速2h-1，氢烃体积比100:1的条件下，钼含量为15%催化剂的环己烷转化率达到70.54%，苯和氢气的选择性100%，并且活性稳定。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 该作品受学校大学生创新基金项目的支持，是辽宁省教育厅资助项目（05L221）的延续。
参考文献
- [1]杜建平，赵江红，朱珍平. 纳米碳颗粒负载碳化钼复合物的制备及其催化性能研究[J].化工新型材料，2009，37(5):25. [2]杜建平，宋昌，宋金玲. 纳米碳材料负载铂催化剂在环己烷脱氢反应中的催化性能研究[J]．燃料化学学报，2009，37（4）:468. [3]刘金河，杨普江，张景峰. 覆炭载体镍催化剂脱氢活性和表面酸性研究[J]．石油化工，2004，33（4）：330.
同类课题研究水平概述
- M. A. Ryashentseva制备了负载型铼催化剂，在负载量为2%时，环己烷转化率低于30%。 杜建平等采用爆炸辅助的气相沉积法制备中空和中孔碳纳米颗粒，采用等体积浸渍法制备了载铂催化剂。负载量为(质量分数) 1%，环己烷转化率达到80%。由于铂负载量较大，因此价格比较昂贵。 胡云霞等以碳纳米管(CNTs)为载体，金属镍为活性组分，用化学镀镍法制备了镀镍碳纳米管(Ni/CNTs)催化剂，在间歇反应条件下，环己烷转化率达到68%，但是催化剂稳定性差、失活快。 杜建平等利用爆炸辅助的化学气相沉积法成功地制备了纳米碳颗粒负载碳化钼的复合物，当钼含量为15%时，催化性能最好。环己烷转化率小于30%。 刘金河覆炭氧化铝为载体，制备了覆炭氧化铝载镍催化剂，当覆炭的质量分数在7.29%，在350℃环己烷脱氢转化率达到60%以上。 本作品以间苯二酚和甲醛为碳源，以表面活性剂F127EO106PO70EO106)为模板剂，在酸性水/乙醇溶液中引入(NH4)6Mo7O24•4H2O溶液，经静置自组装形成凝胶，再于N2中焙烧，并在固定温度下进行氢气还原，制备了介孔碳负载碳化钼催化剂，采用广角及小角XRD和BET对制备的催化剂样品进行了表征。XRD表征结果表明制备的样品具有介孔结构，在钼含量低于15%时样品没有碳化钼的衍射峰，钼含量大于15%后，样品中碳化钼的衍射峰逐渐增强，说明碳化钼在介孔碳载体表面分散度较高。BET测试结果表明，样品的比表面积随着钼含量的增加而略有下降，但是都在700 m2•g-1以上，而孔体积变化不大。 采用制备的催化剂，在固定床反应器中进行了环己烷脱氢的反应。结果表明，在钼含量为15%时，催化剂的环己烷脱氢活性最高，在温度350℃，压力0.1MPa，空速2h-1，氢烃体积比100:1的条件下，环己烷脱氢达到70.54%，并且活性稳定。 综上所述，本作品研制的介孔碳负载碳化钼催化剂总体水平属于国内外领先水平，具有良好的工业应用前景。
