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随着能源问题的日趋紧张,如何开发储量丰富的甲烷成为各国学者关注的重点。1982年,Kelter和Bhasin发现了甲烷氧化偶联催化反应。较其它甲烷转化途径而言,甲烷氧化偶联反应制乙烯不仅产品单一,分离过程简单,工程投资成本低,而且产物乙烯是化学工业中最上游产品,也为天然气有效利用提供了一种途径。为将该反应工业化,研究人员在催化机理、催化剂配方、催化工艺、反应器、催化剂表征等方面取得了成果,但催化剂的活性和稳定性仍无大的突破。值得一提的是,催化剂的制备方法极大的影响着催化剂性能。因此,本文欲以催化剂制备方法为切入点,寻求催化剂性能提高的途径。甲烷氧化偶联反应过程复杂,双组分催化剂难以提高C2收率的要求,因此,多组分互配氧化物催化剂的开发成为重点。本实验室长期从事本课题研究,成功开发出六组分甲烷氧化偶联催化剂。在1069K,CH4:O2=3:1,GHSV=33313ml·g-1·hr-1等考评工艺条件下,该六组分催化剂表现出较高的催化活性。本文欲以此催化剂配方和考评工艺为基础,制备考评三轮催化剂。本文将全面系统的考察浸渍法、混浆法、共沉淀法和均匀沉淀法等四种制备方法,重点考察混浆法和浸渍法。因每种制备方法影响因素众多,本文组合三种实验设计方法,对催化剂制备考评实验方案进行科学规划,设计三轮催化剂制备考评实验,逐步剔除次要因素,详细考察主要因素:第一轮基项对比实验,制备考评了59个催化剂样品,对四种制备方法的每一个影响因素进行初步考察,用极差分析法确立了浸渍法、混浆法和共沉淀法各三个主要因素及均匀沉淀法一个主要因素,进入下轮实验;第二轮正交实验,制备考评了27个催化剂样品,对三种制备方法的每个主要因素进行了较详细的考察,用方差分析法确立了浸渍法、混浆法和共沉淀法各个最主要因素,进入下轮实验;第三轮单因素实验,制备考评了21个催化剂样品,对四种制备方法的最主要因素进行了详细的考察,用回归分析法得知:浸渍法中,催化剂收率随着浸渍温度的升高,先增大后减小,在浸渍温度为47. 38℃时达到最高;混浆法中,催化剂收率随着分解温度的升高,先增大后减小,在分解温度为547℃时达到最高;共沉淀法中,催化剂收率随着浙江大学硕士学位论文主组分溶剂体积的增加,先快速减小后缓慢减小,考虑到溶解的需要和实验操作可行性,主组分溶剂体积在IOml时较合理;均匀沉淀法中,催化剂收率随着尿素用量的增加,先快速升高后缓慢升高,考虑到实际提升的效果和分离因素,尿素用量在1.89~2.09左右时较合理。 从三轮催化剂制备考评结果可知,混浆法和浸渍法的催化效果较好,因此,为了从微观角度考察催化剂制备因素对催化剂表面形态的影响方式,本文分别挑选三个混浆法制备的催化剂样品(分解温度分别为470℃,530℃和590℃)和九个浸渍法制备的催化剂样品(共浸渍、分浸渍和层浸渍各一个,煮沸、干燥和过滤各一个,浸渍温度为30℃、50℃和70℃各一个),对其进行SEM和BET表征研究,主要得到以下几方面的研究内容和结果: (l)混浆法中,分解温度能较明显调控催化剂表面组分的结合方式和结晶度,改变比表面积,在530℃左右时制得的催化剂比表面积最大。 (2)三种浸渍方式中,共浸渍法有利于提高催化剂的均匀分散度和比表面积,较层浸渍法和分浸渍法好。 (3)浸渍法因素中,浸渍温度能较明显调控催化剂表面的扩散渗透速度,改变比表面积,在50℃左右时制得的催化剂比表面积最大,活性最好。关键词:甲烷氧化偶联;催化剂;制备方法;极差分析;方差分析;回归分析SEM:BET夕