Ag助剂对丙烯气相环氧化Au/TS-1催化剂性能的影响

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环氧丙烷(PO)作为第二大丙烯衍生物,是一种重要的化工原料。相比于传统的氯醇化法和有机过氧化物氧化法,丙烯直接气相环氧化制备环氧丙烷的工艺具有绿色环保、操作简单以及经济性高的优势,是当前研究的热点。在该反应体系中,负载于未焙烧的钛硅分子筛(TS-1-B)上的金催化剂(Au/TS-1-B)展现出较高的催化稳定性,但是为满足工业需求,催化剂的活性和稳定性仍需进一步提升。  本文采用Ag助剂调变Au/TS-1-B中Au纳米颗粒的物理化学性质,达到强化催化剂活性和稳定性的目的。首先利用沉积-沉淀法制备Ag/TS-1-B、Au/TS-1-B和Au-Ag/TS-1-B,并采用催化表征技术(如HAADF-STEM、UV-vis DRS、XPS和FT-IR等)分析催化剂的表面物理化学性质。结果表明,Ag/TS-1-B对于丙烯气相环氧化反应无活性,但是Ag作为助剂的加入可明显提升Au纳米颗粒的分散度,使催化剂的粒径由2.60 nm降低至1.52 nm;同时,Ag加入导致Au-Ag合金的形成,其强化了氧气在催化剂表面的吸附,从而提高了催化活性。其次,本文着重研究了Au/Ag摩尔比例对催化剂活性的影响机制。结果表明,随着Ag含量的提高,Au-Ag/TS-1-B的催化活性不断增大,当Au/Ag=10∶1时,达到最高的稳定活性;但过高的Ag助剂添加会导致Ag颗粒的形成,覆盖了催化剂表面活性位,使催化剂活性不断降低。  最后,通过对比Au/TS-1-B和Au-Ag/TS-1-B在丙烯气相环氧化反应中的稳定性,发现Ag的引入可以显著提升催化剂的稳定性。通过Py-GC/MS等分析表明,Ag助剂可以大幅度降低催化剂表面焦的总量和焦炭中低聚烯烃的相对含量,从而有效地改善了催化剂稳定性。
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