美國密歇根大學的丙烷脫氫制丙烯催化劑研究獲進展

近日，美國密歇根大學的研究團隊開發了一種丙烷脫氫制丙烯(PDH)催化劑。該催化劑為基于SiO2負載的PtSn合金納米粒子(粒徑小于2 nm)，可在轉化率67%的熱力學極限條件下進行PDH反應，丙烯選擇性達99%。該催化劑無積炭，且在30 h連續反應過程中未見催化劑失活。該研究成果發表于《科學》雜志。

據悉，PDH工藝采用Cr基或者Pt基催化劑，反應需要較高溫度(550～750 ℃)，在常壓下以提高化學平衡轉化率。Cr基催化劑的主要缺陷在于對丙烯的選擇性較低，且由于積炭效應導致催化劑失活，因此需要對催化劑再生。Pt基催化劑通常負載于Al2O3，同時修飾Sn等過渡金屬，提高了丙烯選擇性、穩定性和抗積炭性能；但由于PtSn納米粒子在反應過程中容易分離成Pt原子和Sn原子，并在Al2O3載體上形成SnOx相和Pt相。這種分相催化劑可能因快速積炭而失活。

目前解決這種問題的方法包括：提高PtSn納米粒子中的Sn含量，反應氣中引入H2以減緩催化劑失活速率。但是單程丙烷轉化率仍較低，而且催化劑需要不斷再生。

該研究團隊制備了Pt1Sn1/SiO2催化劑，在580 ℃下進行催化反應，在4.7 h-1的空速時可實現67%的丙烷轉化率，非常接近66.5%的熱力學極限值，丙烯選擇性高于99%，且無需在反應氣中添加H2。在非稀釋的丙烷中能穩定的進行催化反應，在30 h連續催化反應過程中未見活性衰減，且丙烯選擇性保持在99%以上。

將該催化劑與其他同類催化劑對比，結果顯示Pt1Sn1/SiO2催化劑活性更高，可達到100%選擇性極值。其他催化劑通常選擇性低于80%。

研究表明，Pt1Sn1/SiO2催化劑的催化活性、穩定性來自于SiO2，Sn，Pt之間的相互作用，能夠在保持PtSn較小納米粒子的同時實現原子均勻分散。