Influence of Different Transition Metal Decoration on the Propane Dehydrogenation Performance over Pt/M-DMSN Catalysts

doi:10.7503/cjcu20210815

Abstract

Abstract:

A series of transition metal modified dendritic mesoporous silica nanoparticles（DMSN） supported Pt（Pt/M-DMSN， M=Fe， Co， Ni， Cu， Zn） catalysts were prepared by a two-step method. And their catalytic performances were tested for propane dehydrogenation. The XRD， TEM， UV-Vis DRS and H₂-TPR characterizations results indicate the different dispersion state of transition metal on DMSN surface and the different interaction of the transition metal and Pt. Zn-DMSN support shows the most favorable dispersion to Pt， and the lowest coke deposition on the corresponding spent catalyst. Pt/Fe-DMSN catalysts show strong Pt-support interaction. According to the activity test results， Pt/Fe-DMSN catalyst shows the best performance for propane dehydrogenation with the propane initial conversion of 44.2%. And the propane conversion is 36.5% after 6 h reaction.

Key words: Transition metal modification, Pt-based catalyst, Metal-support interaction, Propane dehydrogenation, Propene

CLC Number:

O643.3

TrendMD:

HU Huimin, CUI Jing, LIU Dandan, SONG Jiaxin, ZHANG Ning, FAN Xiaoqiang, ZHAO Zhen, KONG Lian, XIAO Xia, XIE Zean. Influence of Different Transition Metal Decoration on the Propane Dehydrogenation Performance over Pt/M-DMSN Catalysts[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(4): 20210815.

Figures/Tables 11

References 42

1	Dai Y.， Gao X.， Wang Q.， Wan X.， Zhou C.， Yang Y.， Chem. Soc. Rev.， 2021， 50， 5590—5630
2	Xu Z.， Xu R.， Yue Y.， Yuan P.， Bao X.， Abou⁃Hamad E.， Basset J. M.， Zhu H.， J. Catal.， 2019， 374， 391—400
3	Bai P.， Ma Z.， Li T.， Tian Y.， Zhang Z.， Zhong Z.， Xing W.， Wu P.， Liu X.， Yan Z.， ACS. Appl. Mater. Interfaces.， 2016， 8， 25979—25900
4	Shi L.， Deng G. M.， Li W. C.， Miao S.， Wang Q. N.， Zhang W. P.， Lu A. H.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2015， 54， 13994—13998
5	Zhao Z. J.， Wu T.， Xiong C.， Sun G.， Mu R.， Zeng L.， Gong J.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2018， 57， 6791—6795
6	Fan X.， Liu D.， Sun X.， Yu X.， Li D.， Yang Y.， Liu H.， Diao J.， Xie Z.， Kong L.， Xiao X.， Zhao Z.， J. Catal.， 2020， 389， 450—460
7	Fan X.， Li J.， Zhao Z.， Wei Y.， Liu J.， Duan A.， Jiang G.， Catal. Sci. Technol.， 2015， 5， 339—350
8	Li C. Y.， Wang G. W.， Sci. Sin. Chim.， 2018， 48（4）， 342—361
	李春义，王国玮. 中国科学：化学， 2018， 48（4）， 342—361
9	Zhou H.， Gong J.， Xu B.， Yu L.， FanY.， Appl. Catal. A： Gen.， 2016， 527， 30—35
10	Deng L.， Miura H.， Shishido T.， Wang Z.， Hosokawa S.， Teramura K.， Tanaka T.， J. Catal.， 2018， 365， 277—291
11	Zhu Y.， An Z.， Song H.， Xiang X.， Yan W.， He J.， ACS. Catal.， 2017， 7， 6973—6978
12	Ma Z. H.， Li S.， Jiang A. J.， Li J.， Sun L. Y.， Wei G. J.， An C. H.， Chem. J. Chinese Universities， 2019， 40（2）， 326—333
	马占华，李帅，姜爱晶，李军，孙兰义，魏桂涓，安长华. 高等学校化学学报， 2019， 40（2）， 326—333
13	Pham H. N.， Sattler J. J. H. B.， Weckhuysen B. M.， Datye A. K.， ACS. Catal.， 2016， 6， 2257—2264
14	Yu Q.， Yu T.， Chen H.， Fang G.， Pan X.， Bao X.， J. Energy Chem.， 2020， 41， 93—99
15	Zhang Q.， Zhang K.， Zhang S.， Liu Q.， Chen L.， Li X.， Wang C.， Ma L.， J. Catal.， 2018， 368， 79—88
16	Zhang Y.， Zhou Y.， Huang L.， Zhou S.， Sheng X.， Wang Q.， Zhang C.， Chem. Eng. J.， 2015， 270， 352—361
17	Xia K.， Lang W. Z.， Li P. P.， Yan X.， Guo Y. J.， RSC. Adv.， 2015， 5， 64689—64695
18	Du X.， Shi B.， Liang J.， Bi J.， Dai S.， Qiao S.， Adv. Mater.， 2013， 25， 5981—5985
19	Dhiman M.， Chalke B.， Polshettiwar V.， ACS. Sustain. Chem. Eng.， 2015， 3， 3224—3230
20	Yang J.， Fang X.， Xu Y.， Liu X.， Catal. Sci. Technol.， 2020， 10， 1182—1192
21	Bian Z.， Zhong W.， Yu Y.， Jiang B.， Kawi S.， Int. J. Hydrogen Energy， 2020， 45， 27078—27088
22	Kareem Y. S.， Ammar S. H.， Darwash R. A.， Catal. Commun.， 2020， 136， 105926
23	Fan X.， Li J.， Zhao Z.， Wei Y.， Liu J.， Duan A.， Jiang G.， RSC. Adv.， 2015， 5， 28305—28315
24	Gervasini A.， Messi C.， Carniti P.， Ponti A.， Ravasio N.， Zaccheria F.， J. Catal.， 2009， 262， 224—234
25	Carrillo A. I.， Serrano E.， Luque R.， García⁃Martínez J.， Appl. Catal. A： Gen.， 2013， 453， 383—390
26	Okamoto Y.， Nagata K.， Adachi T.， Imanaka T.， Inamura K.， Takyu T.， J. Phys. Chem.， 1991， 95， 310—319
27	Cuello N.， Elías V.， Crivello M.， Oliva M.， Eimer G. J.， Solid. State. Chem.， 2013， 205， 91—96
28	Yan J. Y.， Kung M. C.， Sachtler W. M. H.， Kung H. H.， J. Catal.， 1997， 172， 178—186
29	Li B.， Xu X.， Zhang S.， Int. J. Hydrogen Energy， 2013， 38， 890—900
30	Duan X.， Liu W.， Yue L.， Fu W.， Ha M. N.， Li J.， Lu G.， Dalton. Trans.， 2015， 44， 17381—17388
31	Trendafilova I.， Szegedi A.， Mihály J.， Momekov G.， Lihareva N.， Popova M.， Mater. Sci. Eng： C， 2017， 73， 285—292
32	James O. O.， Chowdhury B.， Maity S.， J. Chem. Sci.， 2013， 125， 679—686
33	Zhang R.， Villanueva A.， Alamdari H.， Kaliaguine S.， J. Catal.， 2006， 237， 368—380
34	Arena F.， Gatti G.， Martra G.， Coluccia S.， Stievano L.， Spadaro L.， Famularim P.， Parmaliana A.， J. Catal.， 2005， 231， 365—380
35	Boubekr F.， Davidson A.， Casale S.， Massiani P.， Micropor. Mesopor. Mater.， 2011， 141， 157—166
36	Bianchi C. L.， Catal. Lett.， 2001， 76， 155—159
37	Jin S.， Xiao Z.， Li C.， Chen X.， Wang L.， Xing J.， Li W.， Liang C.， Catal. Today， 2014， 234， 125—132
38	Liu H. M.， Yu H. B.， Xiong C. R.， Zhou S.， RSC. Adv.， 2015， 5， 20238—20247
39	Wei X.， Wang A. Q.， Yang X. F.， Li L.， Zhang T.， Appl. Catal. B： Environ.， 2012， 121/122， 105—114
40	Lomate S.， Sultana A.， Fujitani T.， Catal. Sci. Technol.， 2017， 7， 3073—3083
41	Park S. W.， Joo O. S.， Jung K. D.， Kim H.， Han S. H.， Appl. Catal. A： Gen.， 2001， 211， 81—90
42	Deshmane V. G.， Owen S. L.， Abrokwah R. Y.， Kuila D.， J. Mol. Catal. A： Chem.， 2015， 408， 202—213

Sample	Theoretical content（mass fraction， %）	Real content（mass fraction， %）
Fe?DMSN	4.0	3.57
Co?DMSN	4.0	3.27
Ni?DMSN	4.0	3.20
Cu?DMSN	4.0	3.69
Zn?DMSN	4.0	3.34

Sample	Theoretical content（mass fraction， %）	Real content（mass fraction， %）
Fe?DMSN	4.0	3.57
Co?DMSN	4.0	3.27
Ni?DMSN	4.0	3.20
Cu?DMSN	4.0	3.69
Zn?DMSN	4.0	3.34

Sample	S^a_BET/（m²·g^-1）	d^b_BJH/nm	V^c /（cm³·g^-1）
Pt/Fe?DMSN	956	4.74	1.01
Pt/Co?DMSN	663	5.20	0.84
Pt/Ni?DMSN	733	5.51	0.91
Pt/Cu?DMSN	748	4.74	0.79
Pt/Zn?DMSN	716	4.04	0.69

Sample	S^a_BET/（m²·g^-1）	d^b_BJH/nm	V^c /（cm³·g^-1）
Pt/Fe?DMSN	956	4.74	1.01
Pt/Co?DMSN	663	5.20	0.84
Pt/Ni?DMSN	733	5.51	0.91
Pt/Cu?DMSN	748	4.74	0.79
Pt/Zn?DMSN	716	4.04	0.69

Sample	Conversion of propane（%）		Selectivity of propene（%）
Sample	Initial	Final^*	Initial	Final^*
Pt/Fe?DMSN	44.2	36.5	83.6	96.9
Pt/Co?DMSN	51.3	8.8	85.2	95.2
Pt/Ni?DMSN	26.6	13.8	84.7	94.7
Pt/Cu?DMSN	45.3	16.0	96.0	96.6
Pt/Zn?DMSN	31.2	18.6	98.7	97.7