介孔SAPO-11的制备及其在油酸脱羧制备生物航空煤油中的应用

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生物航空煤油,是一种由生物质转化得到的新型能源燃料,其主要组成是C8–C17烷烃,少量烯烃和芳烃。该燃料具有与传统航空煤油相似的理化性质,代替使用可缓解对化石能源的需求压力,还可以缓解由于化石能源过度使用造成的温室效应。本文以油酸为原料,在介孔SAPO–11分子筛为载体构建的双功能催化剂作用下,对油酸进行脱羧(DCO2)反应转化为生物航空煤油。具体研究工作如下:1.以聚环氧乙烷–聚环氧丙烷–聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)为介孔模板剂,Pt为活性组分,采用原位封装法制备了一系列介孔Pt@SAPO–11双功能催化剂。通过XRD、N2–BET和NH3–TPD对样品的物理性质,孔道结构和酸量进行了表征。结果表明,这些材料具有良好的AEL拓扑结构和介孔结构,较高的比表面积(132–166m~2/g),合适的孔径(7.3–8.5 nm)和适宜的酸量(9.2–14.4 cm~3/g STP)。TEM结果显示,较小尺寸(5–8 nm)的Pt纳米颗粒均匀地分散在SAPO–11载体内表面上。在催化油酸DCO2制备C8–C17烷烃的研究中,1.0wt%Pt@SAPO–11催化活性最高,在340℃下反应4 h,C8–C17烷烃的收率最高,为80.8%。重复使用五次后,C8–C17烷烃仍具有较好的收率,为77.6%。2.以P123为介孔模板剂,La为助剂,利用原位封装法合成了一系列介孔Pt/La@SAPO-11双功能催化剂。通过XRD、N2-BET、SEM、TEM和NH3-TPD等技术对催化剂的结构和酸性进行了表征。结果表明,金属La加入后,所有样品仍具有良好的介孔结构和适宜的酸量。在金属La与Pt的协同作用下,金属颗粒Pt的尺寸更小,其与SAPO-11载体之间的结合能更大,相互作用更强。在催化油酸DCO2反应中,0.8wt%Pt/2 wt%La@SAPO-11催化剂表现了最优异的催化性能。在最优反应条件(340℃,6 h)下得到C8-C17烷烃的收率为82.1%。该催化剂经重复使用5次后,其活性略微降低,C8-C17烷烃的收率为79.1%。3.以KIT-6沸石分子筛作为硅源,采用原位合成法制备了一系列具有不同SiO2/Al2O3摩尔比(0.3,0.4,0.5)和Pt负载量(0.4,0.8,1.2 wt%)的有序介孔Pt@KIT-6/SAPO-11复合双功能催化剂。通过XRD、N2-BET、TEM、TG、H2-TPR、XPS、NH3-TPD和Py-IR等表征手段对Pt@KIT-6/SAPO-11的结构,物理化学性质和酸量进行了测试。结果表明,样品具有有序的介孔孔道结构,高比表面积,合适的孔径大小和温和的酸性。在催化油酸DCO2制备C8-C17烷烃的研究中,0.8wt%Pt@KIT-6/SAPO-11(SiO2/Al2O3=0.4)的催化活性最好,在最佳反应条件(340℃,5 h)下,C8-C17烷烃的收率为85.1%。
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