《CO2氧化乙苯脫氫高效釩基催化劑構築及反應機理研究》是依託陝西師範大學，由劉忠文擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：CO2氧化乙苯脫氫高效釩基催化劑構築及反應機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉忠文
- 依託單位：陝西師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
與乙苯直接脫氫制苯乙烯工業過程相比，CO2氧化乙苯脫氫具有高效、節能和溫室氣體高效利用的突出優勢，但催化劑失活嚴重是限制其工業化套用的瓶頸。本項目針對CO2氧化乙苯脫氫高活性釩基催化劑快速失活的難題，提出利用Ce3+-Ce4+的氧化還原循環抑制V5+深度還原的催化劑設計思想，並構築V2O5/(-)Ce-ZrO2-Al2O3催化劑。採用穩態和動態反應技術及原位紅外光譜等手段，研究反應物分子在催化劑表面的活化和轉化機制及動力學行為、催化活性中心的形成及其演變規律、Ce3+-Ce4+的氧化還原循環對V5+深度還原的抑制作用機理及其與產物CO還原行為的匹配機制、催化劑表面積碳物種的形成及其結構演變規律，獲得本徵動力學方程，揭示催化劑失活機制，闡明反應機理。在此基礎上，構建相應的催化劑模型，為最佳化設計催化劑提供理論依據，獲得高活性和高穩定性CO2氧化乙苯脫氫催化劑，為該綠色工藝的工業化套用奠定基礎。
結題摘要
與乙苯直接脫氫制苯乙烯工業過程相比，CO2氧化乙苯脫氫具有高效、節能和溫室氣體有效利用的突出優勢，但現有催化劑普遍失活嚴重，成為該綠色過程工業化套用的瓶頸。針對高活性釩基CO2氧化乙苯脫氫催化劑快速失活的難題，本項目提出了利用Ce3+/Ce4+的氧化還原循環抑制V5+深度還原的催化劑設計思想。為此，分別採用溶膠凝膠法、水熱法、溶劑蒸發誘導自組裝法、燃燒分解法和原子層沉積法製備了一系列V2O5/(-)CexZr(1-x)O2-Al2O3催化劑，採用XRD、XPS、TEM、Raman、UV-vis、H2-TPR和低溫N2吸附等方法，研究了上述催化劑的結構、織構、還原行為等性能；採用穩態和動態反應技術，考察了其催化CO2氧化乙苯脫氫的動力學行為；採用XRD、XPS、Raman、TG-DSC等研究了反應後催化劑的結構、積炭等特點。結果表明，CexZr(1-x)O2的加入顯著提高了V2O5/(-)Al2O3催化劑的穩定性，其中ZrO2的作用在於穩定CeO2的晶格結構；V2O5和CexZr(1-x)O2的結構、結晶度及其在Al2O3表面的分布顯著影響V2O5/(-)CexZr(1-x)O2-Al2O3催化劑的穩定性；釩氧化物催化CO2氧化乙苯脫氫反應符合氧化還原機理，且單（多）聚態釩氧化物中的V-O-Al極可能是其活性中心；富缺陷位、高分散的CexZr(1-x)O2通過Ce3+/Ce4+的氧化還原循環抑制了V5+的深度還原，且其抑制程度與V2O5和CexZr(1-x)O2的界面接觸面積呈正相關，是決定V2O5/(-) CexZr(1-x)O2-Al2O3穩定性的關鍵因素；催化劑表面積炭並不是催化劑失活的關鍵因素，其中類石墨碳導致了催化劑的可逆失活。根據上述結果，提出了負載釩氧化物催化CO2氧化乙苯脫氫的反應機理，獲得了具有工業套用價值的高性能釩基催化劑，為該綠色過程的產業化奠定了基礎。
