TiO2助剂对乙苯脱氢催化剂性能的影响

doi:10.7503/cjcu20160910

高等学校化学学报 ›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (7): 1229.doi: 10.7503/cjcu20160910

TiO₂助剂对乙苯脱氢催化剂性能的影响

李孝慈, 奚志文, 刘行, 李明, 郝志显, 朱志荣()

同济大学化学科学与工程学院, 上海 200092

收稿日期:2016-12-16 出版日期:2017-07-10 发布日期:2017-06-02
作者简介:联系人简介: 朱志荣, 男, 博士, 研究员, 主要从事工业催化方面的研究. E-mail: zhuzhirong@tongji.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 91534115)资助

Effect of Additives TiO₂ on Catalyst Performance for Dehydrogenation of Ethylbenzene to Styrene^†

LI Xiaoci, XI Zhiwen, LIU Xing, LI Ming, HAO Zhixian, ZHU Zhirong^*()

School of Chemical Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China

Received:2016-12-16 Online:2017-07-10 Published:2017-06-02
Contact: ZHU Zhirong E-mail:zhuzhirong@tongji.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.91534115)

摘要/Abstract

摘要：

研究了TiO₂助剂对乙苯脱氢催化剂的结构和其催化性能的影响以及对催化剂中铁钾尖晶石活性相形成的作用, 并对催化剂的物理化学性质进行了表征. 表征结果表明, 引入适量的TiO₂能显著促进催化剂中活性相K₂Fe₂₂O₃₄的形成, 减小CeO₂的晶粒尺寸, 提高其在催化剂中的分散性; 另一方面, 添加助剂TiO₂后可以降低CeO₂和活性相K₂Fe₂₂O₃₄的还原温度, 为反应提供更多的氧缺位和酸碱中心, 提高了催化剂乙苯脱氢反应的活性.

关键词: 乙苯, 催化脱氢, 苯乙烯, 铁钾尖晶石, 二氧化钛

Abstract:

The effect of additives TiO₂ on the formation of reactive phase Fe-K spinel and on the catalytic activity was investigated. The properties of catalyst were characterized by XRD, TPR, XPS, BET and SEM. The SEM and XRD results showed that adding moderate TiO₂ can significantly improve the formation of catalytic reactive phase K₂Fe₂₂O₃₄, with decreasing the particle size of CeO₂ and improving its dispersion in catalyst. Furthermore, the XPS and TPR results showed that doping of TiO₂ can reduce the reduction temperature of CeO₂ and active phase K₂Fe₂₂O₃₄, which increases lattice oxygen defects and acid-base sites, improving the activity of the catalyst for ethylbenzene dehydrogenation reaction.

Key words: Ethylbenzene, Catalytic dehydrogenation, Styrene, Fe-K spinel, TiO2

中图分类号:

O643

TrendMD:

李孝慈, 奚志文, 刘行, 李明, 郝志显, 朱志荣. TiO₂助剂对乙苯脱氢催化剂性能的影响. 高等学校化学学报, 2017, 38(7): 1229.

LI Xiaoci, XI Zhiwen, LIU Xing, LI Ming, HAO Zhixian, ZHU Zhirong. Effect of Additives TiO₂ on Catalyst Performance for Dehydrogenation of Ethylbenzene to Styrene^†. Chem. J. Chinese Universities, 2017, 38(7): 1229.

图/表 7

Table 1 Data of surface area and pore structure from nitrogen adsorption of various catalysts

Catalyst	S_BET/(m²·g^-1)	Pore volume/(cm³·g^-1)	Average pore diameter/nm	$I C e 3 d$ / $I F e 2 p$
Cat	9.80	0.0445	18.183	0.259
Cat-1Ti	13.50	0.0672	19.893	0.601
Cat-2Ti	8.16	0.0414	17.921	0.598
Cat-5Ti	5.83	0.0236	16.212	0.542

Table 1 Data of surface area and pore structure from nitrogen adsorption of various catalysts

Catalyst	S_BET/(m²·g^-1)	Pore volume/(cm³·g^-1)	Average pore diameter/nm	$I C e 3 d$ / $I F e 2 p$
Cat	9.80	0.0445	18.183	0.259
Cat-1Ti	13.50	0.0672	19.893	0.601
Cat-2Ti	8.16	0.0414	17.921	0.598
Cat-5Ti	5.83	0.0236	16.212	0.542

Fig.1 SEM images of Cat(A) and Cat-1Ti(B)

Fig.2 XRD patterns of the catalysts with different TiO2 contents a. Cat; b. Cat-1Ti; c. Cat-2Ti; d. Cat-5Ti.

Fig.3 TPR profiles of the catalysts with different TiO2 contentsa. Fe2O3; b. Cat; c. Cat-1Ti; d. Cat-2Ti; e. Cat-5Ti.

Scheme 1 Dehydrogenation mechanism of ethylbenzene on the Fe3+ and Ce3+ acid-base active sites

Fig.4 Fe2p XPS spectra of the catalysts Cat(A, B) and Cat-1Ti(C, D) after being used for 5 h(A, C) and 10 h(B, D)

Fig.5 Reaction activity of ethylbenzene dehydrogenation for catalysts with different TiO2 contents

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TiO₂助剂对乙苯脱氢催化剂性能的影响

Effect of Additives TiO₂ on Catalyst Performance for Dehydrogenation of Ethylbenzene to Styrene^†

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