HZSM-5分子篩中Co物種狀態對乙烷催化脫氫性能的研究

辛 建 胥月兵 劉 冰 姜 楓 劉小浩

(江南大學 化學與材料工程學院，江蘇 無錫 214122)

乙烯(C2H4)作為工業上一種重要的化工原料，主要由石腦油的蒸汽裂解和流化催化裂解制得，生活中40%以上的有機化學品以及70%以上的石油化工產品均由C2H4生產。由于乙烯分子中含有不飽和碳碳雙鍵，乙烯可以發生加成、氧化、α-H取代等反應，通過聚合、氧化、水合等方法合成聚乙烯、環氧乙烷、乙醇等重要的有機材料[1]。

然而，隨著乙烯需求量的不斷增加以及石油資源的日益匱乏，乙烷脫氫已成為乙烯增產的重要途徑[2]。乙烷脫氫制乙烯受到越來越多的關注，乙烷脫氫催化劑逐步改善[3]。目前，乙烷制乙烯主要分為蒸汽裂解、氧化脫氫(ODH)以及催化脫氫(EDH)三種方式[4]。蒸汽裂解制乙烯指的是在高溫條件下通入乙烷蒸汽，通過氣相裂解產生乙烯，這種方法制備過程復雜，且能耗較高，易造成環境污染。雖然氧化脫氫法由于氧化劑的引入打破了熱力學平衡限制，能夠有效抑制焦炭的生成，減少能量消耗。然而，深度氧化反應難以控制，乙烯的選擇性低。相反，非氧化性乙烷脫氫(EDH)可以避免與ODH相關的大多數問題。因此，選取合適的催化脫氫催化劑，盡可能提高乙烷單程轉化率、降低能耗是乙烷脫氫的關鍵。關于EDH反應，當前的研究主要涉及基于Pt的催化劑[5]，盡管努力用諸如Sn，Ga，In和Ir等助催化劑來修飾Pt基催化劑的電子和幾何結構，但其穩定性仍然受到限制，因這它主要是由于積碳沉積引起的[6-8]。同時，反應和催化劑再生所需的高溫也會引起Pt顆粒聚集，從而導致活性降低[9]。……