摘要
丙烯是一种十分重要的大宗化学品，作为原料用于环氧丙烷、聚丙烯、丙酮和丙烯醛等化工产品的生产。传统的丙烯生产工艺主要有石脑油和轻质柴油的流化催化裂化和蒸汽裂解。随着经济社会的快速发展，传统的丙烯生产工艺已不能满足日益增长的丙烯需求。因此，开发经济且高效的新工艺用于丙烯的生产，可以有效减少对石油的过度依赖。相较于甲醇制烯烃和费托合成这两种新工艺，丙烷脱氢制丙烯(Propane dehydrogenation to propylene, PDH)是一种目标导向型工艺，具有原料丰富和生产路线短等优点，被誉为“最有应用前景的丙烯生产工艺”。 目前，用于PDH反应的催化剂主要有Pt系和Cr系。随着“绿色化学”理念深入人心，鉴于重金属Cr对环境和人体的危害，Pt系催化剂更受青睐。工业上使用的Pt系催化剂是将Pt负载到γ-Al2O3上。然而，γ-Al2O3具有很强的酸性，在反应过程中易发生催化裂解等副反应，导致丙烯选择性较低，且产生显著的积碳失活现象。基于此，本文以弱酸性的TS-1分子筛为载体，探究钛物种对铂基催化剂的理化性质及其在丙烷脱氢制丙烯反应中催化性能的影响，并得到了以下研究结果： 第一部分，以TS-1为载体制备铂基催化剂，结合CO-IR、C3H6-TPD和XPS等表征手段，探究钛物种类型和含量对催化剂的理化性质和丙烷脱氢反应性能的影响。结果表明，一方面，相较于S-1全硅型分子筛，由于TS-1分子筛上存在具有 Lewis 酸性的骨架钛物种，可以提高铂在载体上的分散度，从而在丙烷脱氢反应中表现出更高的丙烷转化率；另一方面，TS-1 分子筛上钛物种的电子向铂催化活性位转移，提高了铂的电子云密度，促进产物丙烯从铂催化活性位上及时脱附从而抑制裂解等副反应的发生，导致丙烯选择性的提高。 第二部分，通过对比研究Pt/TS-1与具有代表性的Pt/H-ZSM-5和Pt/?-Al2O3，考察载体酸强度对丙烷脱氢反应的影响。Py-IR 和 NH3-TPD 等表征结果表明，相较于强酸性的Pt/H-ZSM-5和Pt/?-Al2O3，具有弱酸性的Pt/TS-1在丙烷脱氢反应中可以有效地抑制裂解和积碳等副反应的发生，从而表现出更高的使用寿命，且通过碱金属阳离子交换可以进一步提高其稳定性。此外，Pt/TS-1 在较长时间运行后也存在失活现象，其失活机制为积碳和铂颗粒烧结，分别通过焙烧和Cl2处理再分散可实现对催化剂的再生。
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