M3+掺杂的一维CeO2负载型Pt-Sn催化剂的制备及其丙烷脱氢性能研究

Propylene is an important raw material in petrochemical industry, which can be produced by propane dehydrogenation. Catalysts of Pt supported by ceria show promising application value in propane dehydrogenation due to the high Pt dispersion, thermal stability, coke resistance and good regeneration ability. But the reported Pt-Sn/CeO2 catalysts is low propylene selective resulted from strong propylene-Pt adsorption. Therefore, in present research project, we will synthesize one-dimensional structured (nanotubes, nanowires and nanorods) ceria with high oxygen vacancy concentration and reducibility. Further enhancement of oxygen vacancy concentration and reducibility for ceria can be maintained by trivalent metal ions (M3+) doping in order to increase the electron density of Pt atom, weaken the propylene-Pt interaction and improve the propylene selectivity of Pt-Sn/M-CeO2 catalysts. The effect of CeO2 morphology and oxygen vacancy properties on dehydrogenation and regeneration performance of Pt-Sn/M-CeO2 will be investigated. And the optimal Pt-Sn/M-CeO2 catalyst with high Pt dispersion, thermal stability, propane dehydrogenation activity and propylene selectivity as well as good regeneration performance will be prepared, which provides guidance for further theoretical study and industrial application.

丙烯是石油化工领域重要的基本有机化工原料，丙烷直接脱氢是生产丙烯的重要途径。CeO2负载的Pt基催化剂具有高Pt分散度、高热稳定性、抗积炭和良好再生性等特性，使其在丙烷脱氢领域展现出良好的应用前景。但目前报道的Pt-Sn/CeO2催化剂由于丙烯-Pt原子相互作用强，导致丙烯选择性较低。因此，本项目拟合成具有高氧空位浓度和还原性的一维CeO2（纳米管、纳米线和纳米棒），通过M3+掺杂进一步提高CeO2的氧空位浓度和还原性，以增加Pt-Sn/CeO2催化剂上Pt原子的电荷密度，降低丙烯-Pt原子相互作用，提高丙烯选择性，并研究CeO2的形貌、氧空位性质对Pt-Sn/M-CeO2催化剂的丙烷脱氢性能和再生性能的影响，最终制备出具有高Pt分散性、高热稳定性、高丙烷脱氢活性和丙烯选择性，以及良好再生性能的丙烷脱氢催化剂，为其进一步理论研究和工业化应用提供依据。

丙烯是石油化工领域重要的基本有机化工原料，丙烷直接脱氢是生产丙烯的重要途径。Pt/Al2O3催化剂是目前研究最广泛和工业应用最成熟的丙烷脱氢催化剂体系。但目前报道和应用的Pt基丙烷脱氢催化剂具有Pt负载量高、活性组分易烧结、催化剂易失活等问题。因此，本项目以氧化铝为载体，通过B、In等三价离子掺杂，最终制备出具有低Pt含量、高Pt分散性、高稳定性和高活性的丙烷脱氢催化剂，并对其相关机理进行研究。. 首先，通过蒸发自组装法制备得到铝硼复合氧化物载体，通过浸渍法制备Pt-Sn催化剂，进一步对其丙烷脱氢性能进行评价。结果显示，载体中B的掺入可有效调节催化剂酸碱性，提高Pt分散度，抑制催化剂上Pt的聚集，从而提高催化剂稳定性。. 其次，为进一步研究B的作用，以氧化铝为载体，通过浸渍法制备得到Pt负载量仅为0.15wt.%的丙烷脱氢催化剂，对其进行反应评价。结果显示，掺杂少量的B能有效提高催化剂的Pt分散度，增加催化剂上Pt单原子和1 nm以下Pt纳米团簇的含量。此外，掺B后，催化剂的丙烷脱氢稳定性有明显提高，相同条件下，掺硼催化剂Pt0.15B0.35（Pt负载量0.15wt.%）的单程寿命是Pt0.15（Pt负载量0.15wt.%）的3倍，是Pt0.26（Pt负载量0.26wt.%）的2倍。且在丙烷脱氢反应过程中，掺B催化剂上的Pt物种呈现明显的再分散现象。. 最后，以In3+为掺杂离子，氧化铝为载体，通过浸渍法制备得到Pt负载量仅为0.1wt.%的丙烷脱氢催化剂，对其进行反应评价。结果显示，在100h丙烷脱氢反应过程中，Pt-0.1催化剂（Pt负载量0.1wt.%）具有比Pt-0.35（Pt负载量0.1wt.%）更高的稳定性和丙烯选择性。反应100 h后，Pt-0.1催化剂上的积炭量（4.6%）仅为Pt-0.35催化剂（8.9%）的一半，具有更强的抗积炭性能。. 综上，本项目研究了B、In等三价离子对Pt基丙烷脱氢催化剂的影响，开发出了低Pt含量、高分散的丙烷脱氢催化剂，探讨了其相关作用机理，为其进一步的工业应用和研究提供重要的理论依据和指导。