美國(guó)密歇根大學(xué)的丙烷脫氫制丙烯催化劑研究獲進(jìn)展

近日，美國(guó)密歇根大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種丙烷脫氫制丙烯(PDH)催化劑。該催化劑為基于SiO2負(fù)載的PtSn合金納米粒子(粒徑小于2 nm)，可在轉(zhuǎn)化率67%的熱力學(xué)極限條件下進(jìn)行PDH反應(yīng)，丙烯選擇性達(dá)99%。該催化劑無(wú)積炭，且在30 h連續(xù)反應(yīng)過(guò)程中未見(jiàn)催化劑失活。該研究成果發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

據(jù)悉，PDH工藝采用Cr基或者Pt基催化劑，反應(yīng)需要較高溫度(550～750 ℃)，在常壓下以提高化學(xué)平衡轉(zhuǎn)化率。Cr基催化劑的主要缺陷在于對(duì)丙烯的選擇性較低，且由于積炭效應(yīng)導(dǎo)致催化劑失活，因此需要對(duì)催化劑再生。Pt基催化劑通常負(fù)載于Al2O3，同時(shí)修飾Sn等過(guò)渡金屬，提高了丙烯選擇性、穩(wěn)定性和抗積炭性能；但由于PtSn納米粒子在反應(yīng)過(guò)程中容易分離成Pt原子和Sn原子，并在Al2O3載體上形成SnOx相和Pt相。這種分相催化劑可能因快速積炭而失活。

目前解決這種問(wèn)題的方法包括：提高PtSn納米粒子中的Sn含量，反應(yīng)氣中引入H2以減緩催化劑失活速率。但是單程丙烷轉(zhuǎn)化率仍較低，而且催化劑需要不斷再生。

該研究團(tuán)隊(duì)制備了Pt1Sn1/SiO2催化劑，在580 ℃下進(jìn)行催化反應(yīng)，在4.7 h-1的空速時(shí)可實(shí)現(xiàn)67%的丙烷轉(zhuǎn)化率，非常接近66.5%的熱力學(xué)極限值，丙烯選擇性高于99%，且無(wú)需在反應(yīng)氣中添加H2。在非稀釋的丙烷中能穩(wěn)定的進(jìn)行催化反應(yīng)，在30 h連續(xù)催化反應(yīng)過(guò)程中未見(jiàn)活性衰減，且丙烯選擇性保持在99%以上。

將該催化劑與其他同類(lèi)催化劑對(duì)比，結(jié)果顯示Pt1Sn1/SiO2催化劑活性更高，可達(dá)到100%選擇性極值。其他催化劑通常選擇性低于80%。

研究表明，Pt1Sn1/SiO2催化劑的催化活性、穩(wěn)定性來(lái)自于SiO2，Sn，Pt之間的相互作用，能夠在保持PtSn較小納米粒子的同時(shí)實(shí)現(xiàn)原子均勻分散。