摘要
二甲氧基甲烷（DMM）是最具发展前景的环保型材料之一。与制备DMM的传统工艺相比，甲醇选择性氧化合成DMM具有经济和环境两方面的优势，该工艺要求催化剂兼具酸中心和氧化还原中心且两者适宜匹配。基于此，本实验通过Zr、Ce、Fe、Mo四种金属氧化物改性V/Al制备了不同种钒基双功能催化剂，并对其催化甲醇选择性氧化制DMM的性能进行了研究，以期提高DMM收率。本论文主要包括以下内容： 制备了V/Al催化剂并确定V2O5的质量分数为20%时性能最佳。为改善催化剂酸性，提高DMM选择性，对20V/Al改性制备了20V/Zr-Al和20V/Ce-Al双功能催化剂。研究发现，Zr和Ce均加强了催化剂中各组分间的相互作用，有效协同了氧化还原性和酸性。当ZrO2质量分数为 12%时催化剂性能最优，在 175℃下，经 20V/12Zr-Al 催化氧化，甲醇转化率为27.9%，DMM选择性达99.9%。 为改善催化剂氧化还原性，提高甲醇转化率，对20V/Al催化剂改性制备了20V-Fe/Al和20V-Mo/Al双功能催化剂。研究发现，负载Fe向催化剂中引入了中强酸，增强了催化剂的氧化还原性，但高Fe负载量会抑制催化剂酸性；Mo改性使催化剂的氧化还原能力下降，MoO3自带弱酸有利于DMM的合成，但Mo物种在反应过程中容易流失。由催化实验筛选出当 Fe2O3的质量分数为 8%时催化性能最优，在 170℃条件下，经 20V-8Fe/Al 催化剂催化氧化，甲醇转化率为34.5%，DMM选择性为89.3%。 为提高催化剂的稳定性，制备了不同Fe2O3质量分数的20V-Fe/12Zr-Al催化剂。研究发现，Fe 的引入削弱了催化剂的氧化还原性，有利于中强酸的形成。由催化实验确定当Fe2O3的质量分数为9%时催化效果最好，此时经过20V-9Fe/12Zr-Al催化剂在反应温度为175℃条件下催化氧化，甲醇转化率为 31.9%，DMM选择性为 99.9%。该催化剂经 5 次重复使用后，仍然具有较高的稳定性。
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