IB金属对Ni/SiO2催化剂乙炔选择性加氢反应性能的影响

刘华 柴梦倩 裴广贤 刘晓艳 李林 康磊磊 王爱琴 张涛

引用本文: 刘华,  柴梦倩,  裴广贤,  刘晓艳,  李林,  康磊磊,  王爱琴,  张涛. IB金属对Ni/SiO2催化剂乙炔选择性加氢反应性能的影响[J]. 催化学报, 2020, 41(7): 1099-1108. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63568-9 shu
Citation:  Hua Liu,  Mengqian Chai,  Guangxian Pei,  Xiaoyan Liu,  Lin Li,  Leilei Kang,  Aiqin Wang,  Tao Zhang. Effect of IB-metal on Ni/SiO2 catalyst for selective hydrogenation of acetylene[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(7): 1099-1108. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63568-9 shu

IB金属对Ni/SiO2催化剂乙炔选择性加氢反应性能的影响

  • 基金项目:

    国家重点研发计划(2016YFA0202801);中国科学院战略性先导科技专项(XDB17020400);国家自然科学基金(21776271);中国博士后科学基金(2017M621171).

摘要: 乙烯是合成聚乙烯的原料,其主要来源是石油裂解气,其中少量的乙炔杂质会严重毒化生产聚乙烯的催化剂,因此需要将其去除.对于乙炔选择加氢反应,传统工业上使用的是Pd基催化剂,尽管其乙炔转化率很高,但对乙烯的选择性很低.我们前期的研究发现,IB族金属(Au,Ag和Cu)与Pd形成的合金单原子催化剂可以有效地提高乙烯的选择性.作为与Pd同组的非贵金属,Ni催化剂在多种催化加氢反应中显示出优异活性,而在乙炔选择加氢反应中,Ni是否能够替代贵金属Pd尚无定论.本文系统地研究了IB金属对Ni/SiO2催化剂乙炔选择性加氢性能的影响.与Pd/SiO2催化剂不同,单金属Ni/SiO2催化剂在低温下不具有活性.将IB金属添加到Ni/SiO2催化剂中,可以显著提高其催化活性以及对乙烯的选择性.其中,AuNix/SiO2和CuNix/SiO2催化剂的催化活性随还原温度升高而提高,而AgNix/SiO2催化剂对预处理温度不敏感.通过调变IB/Ni原子比和还原温度优化了催化剂的催化性能,发现优化后的三种催化剂(CuNi0.125/SiO2、AgNi0.5/SiO2和AuNi0.5/SiO2)的活性和选择性随反应温度升高表现出相似的变化趋势.催化稳定性考察结果显示,CuNi0.125/SiO2催化剂表现出最高选择性和稳定性;尽管AuNi0.5/SiO2的初始活性最高,但是稳定性最低.
采用XRD、TPR和微量吸附量热等表征手段对不同IB金属对Ni基催化剂性质的影响进行了系统考察.以Cu-Nix/SiO2催化剂为例,H2-TPR测试结果表明,Cu-Ni双金属纳米颗粒的形成使得还原温度低于相应的单金属催化剂,表明铜和镍之间存在明显的相互作用.此外,通过TPR获得的CuNix/SiO2催化剂上的氢气消耗量与理论耗氢量相吻合,表明在还原处理的过程中双金属催化剂中的CuO和NiO可以被完全还原.乙炔的微量吸附量热结果表明,在CuNi0.125/SiO2,AgNi0.5/SiO2,AuNi0.5/SiO2和Ni0.5/SiO2催化剂上的初始吸附热分别为187,196,304和103 kJ/mol,即它们的初始乙炔吸附强度顺序为AuNi0.5/SiO2 > AgNi0.5/SiO2 > CuNi0.125/SiO2 > Ni0.5/SiO2.该结果与三者的初始催化活性顺序一致,表明IB金属的加入可以增强乙炔在催化剂表面的吸附,从而提高催化活性.

English

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  • 收稿日期:  2019-10-12
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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