乙烷一步直接制环氧乙烷催化剂的研究_硕士学位论文.doc

学校代码研究类型基础研究
硕士学位论文
题目: 乙烷一步直接制环氧乙烷催化剂的研究

学科专业: 物理化学
The Study on the Catalyst of Direct Oxidation Ethane to Ethylene Oxide
This Thesis Submitted to Zhejiang Normal Unversity for the requirements for the degree of Master of Science
by
Bin-fu Wu
Supervised by
Ass. Prof. Ying Wu
Prof. Ting-hua Wu
Zhejiang Key Laboratory for Reactive Chemistry on Solid Surfaces
Institute of Physical Chemistry
Zhejiang Normal University
April 2009
乙烷一步直接制环氧乙烷催化剂的研究
摘要
环氧乙烷(EO)是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有机化工产品,是用途广泛的有机合成中间体。目前在工业生产中,环氧乙烷是由乙烯环氧化获得的,乙烯则主要是石脑油或乙烷蒸汽裂解制得的。乙烷高温裂解制乙烯的温度通常在900 ℃以上,而乙烯直接氧化制环氧乙烷的反应温度一般在200 ℃~300 ℃之间,由于两者温差很大,使得在目前条件下不可能由乙烷一步氧化直接制环氧乙烷。
纳米氧化镍催化剂对降低乙烷氧化脱氢制乙烯(ODHE)的反应温度有明显的效果。本论文首先研究了纳米氧化镍催化剂的乙烷低温氧化制乙烯性能,以降低乙烷氧化的反应温度。结果表明,优化条件下制备的催化剂在350 ℃下具有较好的催化性能,在实验条件下乙烯的收率可达25 %。在此基础上,我们将纳米氧化镍催化剂和乙烯环氧化的银催化剂进行“一步两段法”研究,在相同的反应温度下让乙烷先后通过这两种催化剂,结果表明由乙烷可直接制得环氧乙烷。
本论文又采用不同的方法制备乙烷氧化直接制环氧乙烷的催化剂。研究发现,用均匀沉淀法制得的复合Ag-Ni-O催化剂,可以催化乙烷一步氧化直接制得环氧乙烷。在实验条件下, %, %。本论文还对催化剂的制备条件进行了优化,初步探讨了助剂对催化剂催化性能的影响,考察了反应条件如空速、反应气原料比等因素对催化剂催化性能的影响。
本论文还对该一步反应在复合Ag-Ni-O催化剂上的机理进行了初步的探讨。TPR和XPS表征结果表明,催化剂中的Ni与Ag之间有一定的相互作用,活化乙烷的是Ni表面物种,由于Ag的掺杂降低并分隔了Ni表面活性物种,因此乙烷的活性相对于纯NiO催化剂降低,而中间产物乙烯通过Ag表面上的亲电氧物种进行插氧反应得到产物环氧乙烷。
关键词:乙烷;环氧化;环氧乙烷;催化剂
THE STUDY ON THE CATALYST OF DIRECT OXIDATION ETHANE TO ETHYLENE OXIDE
ABSTRACT
Ethylene oxide as derivatives of ethylene industury is an anic chemical products and wildely used anic synthetic intermediate. In the industrial process ethylene oxide is obtained through epoxidation of ethylene which is obtained through steam cracking of ethane or naphtha. Generally, the preparation temperature of ethylene by high temperature cracking of ethane is above 900 ℃, but the preparation temperature of ethylene oxide by direct oxidation of ethylene is between 200 ℃ and 300 ℃. The great temperature difference makes it impossible to synthesize ethylene oxide by direct oxidation of ethane.
Nanoscaled nickel oxide can greatly reduce the reaction temperature o