ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕГИДРИРОВАНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ НА НАНЕСЕННЫХ ВАНАДИЕВЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ

Реферат 3
Введение 5
1 Литературный обзор 8
1.1. Неокислительное и окислительное дегидрирование предельных углеводородов 8
1.2. Катализаторы окислительного дегидрирования предельных углеводородов 8
1.3. Ванадий содержащие катализаторы 9
1.3.1. Массивные ванадиевые катализаторы 10
1.3.2. Нанесенные ванадиевые катализаторы 10
1.3.2.1. Особенности формирования оксованадиевых форм 11
1.3.2.2. Механизм ОДГ пропана на нанесенных ванадиевых катализаторах 13
1.3.2.3. Каталитические свойства модифицированных нанесенных ванадиевых
катализаторов 15
2 Экспериментальная часть 17
2.1. Приготовление образцов 17
2.1.1. Приготовление образцов серии I 17
2.1.2. Приготовление образцов серии II 18
2.1.3. Приготовление массивных образцов ванадатов магния 19
2.2. Изучение физико-химических и каталитических свойств образцов 19
3 Результаты и их обсуждения 22
3.1. Образцы сравнения 22
3.2. Исследование особенностей формирования ванадатов магния на поверхности
алюмооксидного носителя на примере образца с мольным соотношением Mg:V = 1:2 25
3.2.1. Текстурные характеристики и химический состав образцов 25
3.2.2. Исследование образцов методом РФА 26
3.2.3. Исследование образцов методом ЭСДО 28
3.2.4. Исследование методом КР-спектроскопии 31
3.2.5. Исследование образцов методом Н2-ТПВ 34
3.2.6. Исследование каталитических свойств 36
3.3. Исследование особенностей формирования ванадатов магния различного состава и структуры и их влияние на каталитические свойства образцов 39
3.3.1. Текстурные характеристики и химический состав образцов 39
3.3.2. Исследование образцов методом РФА 39
3.3.3. Исследование методом ЭСДО спектроскопии 41
3.3.4. Исследование методом КР-спектроскопии
3.3.5. Исследование методом Н2-ТПВ 48
3.3.6. Исследование каталитических свойств 50
Выводы 52
Список опубликованных работ 53
Список использованной литературы 55
Купить

Увеличивающийся спрос на непредельные углеводороды, в частности пропан, для целей полимерной, химической и фармацевтической промышленности, ужесточающиеся требования к экологичности и энергоэффективности современных производств, а также проблема рационального природопользования делают актуальными работы по исследованию и разработке экологически безопасных и эффективных способов их получения. Окислительное дегидрирование насыщенных углеводородов является привлекательным альтернативным методом получения олефинов, однако низкая селективность катализаторов остается основной проблемой для его реализации.
Среди большого числа катализаторов ОДГ углеводородов, наиболее подробно был изучен класс нанесенных ванадиевых катализаторов. Такой интерес обусловлен способностью ванадия образовывать на поверхности носителя окидные структуры различного состава и строения. Большинство исследователей полагают, что активными центрами ванадий-оксидных катализаторов являются ионы ванадия, входящие в состав полимерных и/или мономерных VxOy поверхностных структур или кристаллических ванадатов. При этом отмечается, что степень полимеризации таких структур не влияет на их каталитическую активность, обусловленную кислородом ванадильной группы V=O. В то же время природа используемого оксидного носителя оказывает существенное влияние на активность нанесенных ванадий-оксидных катализаторов, увеличивающуюся в ряду носителей ZrO2 > TiO2 > Al2O3 > SiO2. Полагают, что катионы оксидного носителя выступают в качестве лигандов во второй координационной сфере ванадия, изменяя окислительно-восстановительный потенциал VxOy структур.
В отношении селективности превращения насыщенных углеводородов в ненасыщенные большинство исследователей отмечают, что определяющим является степень полимеризации VxOy структур. Однако единого мнения, мономерные, олигомерные или полимерные структуры являются более селективными в ОДГ углеводородов, в настоящее время нет. Согласно большинству кинетических исследований, образование продуктов полного окисления при ОДГ пропана происходит по последовательному механизму в результате окисления образовавшегося более реакционноспособного олефина, а вклад параллельного прямого окисления пропана до COx и H2O незначителен. В связи с этим отмечается, что влияние носителя на окислительно-восстановительный потенциал поверхностных ванадий-оксидных фаз обусловливает не только изменение их реакционной способности в отношении активации молекулы алкана, но и в отношении последующих реакций глубокого окисления олефина.
Возможность окисления образующегося олефина с участием центров поверхности носителя также обсуждается в литературе.
С целью повысить селективность нанесенных ванадий-оксидных катализаторов исследовано влияние различных добавок, взаимодействующих преимущественно с носителем и не влияющих на молекулярную структуру поверхностных ванадий-оксидных фаз, или, наоборот, с поверхностными ванадий-оксидными центрами, изменяя их молекулярную структуру. В качестве одного из перспективных путей регулирования свойств ванадий-оксидных катализаторов рассматривается формирование на поверхности различных носителей бинарных дисперсных фаз, содержащих связи V-O-Cr, V-O-Mo, V- O-Ti, V-O-Mg.
Образование дисперсной фазы, содержащей связи V-O-Mg (слоев поверхностного V-O-Mg-соединения или дисперсной фазы ортованадата магния Mg3V2O8), отмечается для нанесенных V2O5/MgO катализаторов, считающихся одними из наиболее эффективных катализаторов ОДГ различных углеводородов (пропана, этилбензола, н- бутана). Работы по исследованию модельных образцов массивных ванадатов магния различного состава (Mg3V2O8, MgV2O6,, Mg2V2O7), отличающихся координацией ванадия, степенью конденсации и искаженности кислород-ванадиевых полиэдров, показали, что каталитические свойства ванадатов магния изменяются в зависимости от их состава и структуры, а также реакционной способности углеводорода, что дает предпосылки для дизайна более эффективных катализаторов ОДГ на основе V-O-Mg структур или дисперсных ванататов магния, нанесенных на поверхность различных носителей - Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2.
В литературе имеется ряд исследований нанесенных магний-ванадий-оксидных катализаторов с использованием TiO2, ZrO2, Al2O3 в качестве носителей, однако систематических исследований по формированию дисперсных ванадатов магния на поверхности различных носителей и изучению их каталитических свойств в ОДГ углеводородов не проводилось. В имеющихся работах исследовано главным образом влияние кислотно-основных свойств образцов на их каталитические свойства.. В то же время возможность образования ванадатов магния на поверхности носителей и их влияние на свойства катализаторов не рассматривается или не принимается во внимание как фактор, определяющий эти свойства.
Целью настоящей работы является изучение закономерностей формирования ванадатов магния на поверхности алюмооксидного носителя и их влияния на каталитические свойства MgO-V2O5/Al2O3 образцов в реакции окислительного дегидрирования пропана.
Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:
- исследование особенностей формирования ванадатов магния на поверхности алюмооксидного носителя на примере образца с мольным соотношением Mg:V = 1:2;
- изучение влияния фазового состава поверхности на каталитические свойства MgO- V2O5/Al2O3 образцов на примере образцов с мольным отношением Mg:V = 1:2;
- исследование влияния состава и структуры поверхностных ванадатов магния на каталитические свойства MgO-V2O5/Al2O3 образцов с разным мольным отношением Mg:V.

Купить