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甲烷直接氧化制甲醇、甲醛的膜催化剂(ZrO_2-CaO)研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:19:42
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甲烷直接氧化制甲醇、甲醛的膜催化剂(ZrO_2-CaO)研究【摘要】:本文对甲烷直接氧化制甲醇、甲硅的新型催化剂体系——膜催化进行了一系列的研究。考察了渗氧膜ZrO_2-CaO的催

【摘要】:本文对甲烷直接氧化制甲醇、甲硅的新型催化剂体系——膜催化进行了一系列的研究。考察了渗氧膜ZrO_2-CaO的催化功能,制备方法及影响因素和反应工艺条件。 ZrO_2-CaO膜能选择性地透过氧,这是由于ZrO_2中添加CaO后产生晶格缺陷,晶格氧能在膜内扩散。将ZrO_2-CaO涂镀在具有一定孔径的Al_2O_3陶瓷管上,制成膜反应器进行甲烷部分氧化反应,在膜反应器外通甲烷气体,膜反应器内通氧气,让氧气渗透过膜层与管外的甲烷反应。空白实验和固定床对比实验表明ZrO_2-CaO膜能渗透氧气并使它变成活性氧种,而且这种膜可以控制氧的扩散速率,使CH_4气流中保持很低的气相氧浓度,甚至没有气相氧的存在,从而得到了很高的甲醇、甲醛选择性。 考察了两种制膜方法,实验表明凝胶法比涂渍法具有良好的活性,利用电镜观察膜层结构,发现凝胶法的膜层均匀完备,并且有一定的致密性,而涂渍法成膜不好。焙烧温度对凝胶法制膜的活性具有一定影响,SEM观察发现焙烧温度主要对膜层的均匀性能有影响,焙烧温度为700℃~900℃成膜较好,选择性很高,但在700℃左右是获得收率和选择性俱佳的条件。同时陶瓷管孔径和膜厚对催化膜的活性都有作用,这两个因素对氧的传递速度有明显的影响,SEM观察表明控制膜厚可以改变成膜性能,膜厚>45mg/cm~2Zr时,制得的膜结构均匀完善,反应的选择性也高,但最佳的膜厚为45mg/cm~2~60mg/cm~2Zr;孔径为0.6μm的陶瓷管比孔径为2μ的具有更好的活性。 CaO的添加量对催化膜ZrO_2-CaO的催化活性也具有影响。CaO的添加是催化膜ZrO_2-CaO产生晶格缺陷的主要原因,CaO的添加量直接影响晶格缺陷的数量,从而影响氧离子在催化膜中的传递,改变了催化膜的催化活性。实验表明CaO的最佳添加置为x=0.08~0.15时反应的活性和选择性都很好。并且利用Auger能谱对催化膜的表面组成进行考察。 在最佳制膜条件下,对反应温度,反应空速,氧气的流速以及分压进行考察。获得最佳的工艺条件为:在常压下,反应温度350℃左边,甲烷的空速GHSV=9000h~(-1),氧气的流量50ml/min左边。氧气的压力的提高,可以增大甲烷的转化率,对选择性只有稍微的降低。在最佳的反应条件下。可获得95%的甲醇,甲醛选择性,1%左右的甲烷转化率。 如何寻找新的制膜技术是提高反应活性和选择性的一个方法。 【关键词】:
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:1991
【分类号】:O643.36
【目录】:
  • 一.前言5-6
  • 二.文献综述6-16
  • 1.甲烷直接氧化制甲醇、甲醛的催化剂研究进展6-10
  • 2.膜催化研究发展概况10-16
  • 三.实验部分16-24
  • (一) 膜催化剂制备16-17
  • (二) 催化剂活性的评价17
  • (三) 分析方法17-21
  • (四) 膜催化剂的物性测试与表征21-23
  • 1.膜催化剂相对渗氧率的测定21-23
  • 2.膜催化剂表征方法与设备23
  • (五) 数据处理23-24
  • 四.实验结果与讨论24-47
  • (一) 膜催化剂的催化作用24-29
  • 1.空白实验24-25
  • 2.固定床与膜反应器的催化性能的比较25-29
  • (二) 膜催化剂(ZrO_2-CaO)制备因素的评价29-43
  • 1.制膜方法对催化膜性能的影响29-30
  • 2.陶瓷管孔径对催化膜性能的影响30-31
  • 3.制膜焙烧温度对催化膜性能的影响31-33
  • 4.膜厚对催化膜性能的影响33-35
  • 5.CaO添加量对催化膜性能的影响35-43
  • (三) 反应条件对-ZrO_2-CaO膜性能的影响43-47
  • 1.反应温度对膜催化反应的影响43-44
  • 2.空速对膜催化反应活性的影响44
  • 3.O_2的流量对膜催化反应的影响44-45
  • 4.O_2的分压对膜催化反应的影响45-47
  • 五.结论47-48
  • 六.附录48-49
  • 七.参考文献49-51
  • 八.致谢51


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