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本文研究了纳米碳纤维负载铁氧化物催化剂上乙苯二氧化碳脱氢制苯乙烯过程,目的在于开发一种具有高乙苯转化率和苯乙烯选择性的催化剂。本文研究工作的主要内容如下:
(1)从热力学上比较了二氧化碳和水蒸汽两个不同乙苯脱氢过程的平衡转化率,发现在相同条件下乙苯二氧化碳脱氢的平衡转化率比乙苯水蒸汽脱氢的平衡转化率高;而在相同转化率下,乙苯二氧化碳脱氢过程温度低50℃左右。
(2)通过沉积沉淀法制备了纳米碳纤维负载铁氧化物催化剂,考察了碱金属/碱土金属、过渡金属的影响,研究发现,Fe(5)Cr(1)K(1)/CNF效果最好。比较了活性氧化铝,活性炭和纳米碳纤维为载体的催化剂的活性,发现纳米碳纤维为载体的催化剂既具有一定的稳定性和较高的活性和选择性(>98%)。Fe(5)Cr(1)K(1)/CNF催化剂经过36小时和100小时考评(常压,550℃),乙苯转化率分别为57%和41%,苯乙烯选择性稳定在98%,表明催化剂具备一定的稳定性。
(3)N2物理吸附表征结果发现,经过考评过的催化剂微孔消失,表明乙苯二氧化碳脱氢反应存在积碳;热重表征结果表明在550℃~650℃,纯二氧化碳气氛下,催化剂没有明显失重,暗示载体在考评的温度范围内稳定。X射线衍射表征结果发现,新鲜催化剂铁以氧化铁形式存在,使用后氧化铁衍射峰消失,铁以磁性氧化铁形式存在,暗示了四氧化三铁可能是乙苯二氧化碳脱氢反应的活性中心。高分辨率透射电镜表征结果显示催化剂颗粒在纳米碳纤维表面粒径小于10nm。