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本文采用磷酸二氢铵对钾钼基催化剂进行改性,并将其用于硫化氢与合成气制备甲硫醇过程中。分别对于活性组分浸渍顺序、磷的添加量、浸渍液pH值、催化剂的热处理条件以及载体等参数进行的优化;采用XRD、TG、XPS、LRS以及H2-TPR等谱学表征方法对于催化剂结构进行了考察,讨论了催化剂的构-效关系;同时优化了反应温度、反应压力以及反应空速等工艺参数。主要结果归纳如下:
(1)对于磷促进钾钼基催化剂制备方法的考察,发现“先钾钼后磷”的浸渍顺序催化剂的催化活性最好,同时P∶Mo的摩尔比为0.2∶1时,更有利于反应的进行,随着当浸渍液的pH值变小时,催化剂活性先升高后降低,本文中pH=8时催化效果最优,在对催化剂的热处理过程中,发现氮气气氛中,低温处理的催化剂有利于反应的进行,不同载体催化剂性能由大到小分别为:P0.2/K2MoO4/SiO2>P0.2/K2MoO4/AC>P0.2/K2MoO4/Al2O3。
(2)研究磷对于钾钼基催化剂的促进效果的影响时,硫化态催化剂的Mo(3d)和S(2p)的XPS解谱数据和硫化态催化剂的ESR谱图显示,磷的加入,使得硫化态催化剂表面形成更多的低价态Mo物种和S物种,H2-TPR表征显示,磷的加入导致表面四面配位钼物种向八面配位钼物种转化,增加了不饱和配位的Mo物种的含量。但是过高的磷含量,导致活性组分的聚集,催化剂活性降低;通过TG、XRD等表征方法考察热处理条件对于催化剂的影响发现:空气中焙烧催化剂由于柠檬酸发生燃烧反应,造成局部过热,导致催化剂表面活性物种部分烧结;而氮气中焙烧催化剂前驱体,柠檬酸缓慢分解且形成了还原性气氛,同时还原了易还原的Mo物种,形成了更多的活性Mo物种,从而表现出了比空气中焙烧催化剂更好的催化活性和加氢性能。其中CO转化率高了约10%,甲硫醇选择性高约7%。
(3)通过对于不同反应工艺参数考察,发现:随着温度的升高,CO转化率先升高,后略有降低,在340℃达到最大54.28%,而在340~400℃区间CO转化率均在50%左右,同时发现,温度过高会导致CH4选择性增加;在0.2~0.8MPa范围内,随着压力增大,CO转化率迅速增大,CH3SH的选择性也是有同样的变化规律,而CO2的选择性近似线性的下降,同时COS的选择性变化不大;随着空速的增加,CO的转化率呈线性下降的趋势,CH3SH的选择性也相应的线性下降,而CO2的选择性却呈线性上升的趋势,而COS的选择性则基本持平。