碳催化剂用于异丁烷直接脱氢制异丁烯（英文）  

Direct dehydrogenation of isobutane to isobutene over carbon catalysts

作　　者：李杨[1] 张中申[1] 王俊慧[1] 麻春艳[1] 杨洪玲[1] 郝郑平[1] 

机构地区：[1]中国科学院生态环境研究中心,北京100085

出　　处：《催化学报》2015年第8期1214-1222,共9页

基　　金：supported by the National High Technology Research and Development Program of China(2012AA063101);the National Natural Science Foundation of China(21337003)~~

摘　　要：异丁烯用途广泛,被认为是除乙烯和丙烯外最重要的基础化工原料.异丁烯的来源主要是石油裂化过程中产生的碳四馏分,但随着对其需求量的逐年增加,分离法已逐渐无法满足,因此异丁烷直接脱氢工艺逐渐受到工业界和学术界的重视.铬系和铂系催化剂是两类传统工业催化体系,但铬对环境污染严重,铂作为贵金属成本较高,而且现有工艺大多存在催化剂稳定性较差需要反复再生的问题.近年来碳材料用于烷烃氧化脱氢反应的研究较多,并表现出较高的活性和稳定性,甚至有研究组提出金属催化剂在反应中快速生成的活性积碳(active coke)可能是真正的催化活性中心.但氧化脱氢反应不同于直接脱氢,需在反应中加入氧气,这在实际生产中会带来一系列问题:考虑到烷烃的爆炸极限,实际应用时反应气必须稀释,这不利于产物的收集;而且氧气会导致反应物过度氧化产生CO和CO2等副产物,也限制了氧化脱氢工艺在工业上的应用和发展.我们研究组将椰壳碳、煤质碳和碳纳米管等碳材料作为催化剂用于催化异丁烷直接脱氢反应,发现碳催化剂表现出较高的催化活性:在625o C,椰壳碳上异丁烷转化率和异丁烯选择性分别为70%和78%,连续反应3d后仍能维持34%的转化率,且选择性基本不变.与铬基催化剂相比,碳催化剂在稳定性方面表现出更大优势.我们进一步采用N2吸脱附、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等手段对反应前后的碳催化剂进行了详细表征.N2吸脱附结果表明,椰壳碳比表面积高达1190.2 m2/g,这可能是其具有较高催化活性的原因;而结合催化剂活性数据,对比反应前后椰壳碳催化剂比表面积和异丁烷转化率可知,两者呈现近乎线性的相关性,进一步证实比表面积大小对碳催化剂催化活性有重要影响.XPS谱图证明椰壳碳在反应前表面Various carbon materials were found to function as highly active catalysts for the direct dehydro-genation of isobutane without the addition of oxidizing gases （such as oxygen, carbon dioxide or nitrous oxide） or the deposition of metal particles. Among these materials, coconut shell activated carbon （CSAC） generated the highest isobutane conversion of 70%. It is notable that the CSAC cata-lyst exhibited a high degree of catalytic stability that was comparable to that of conventional cata-lysts and was able to maintain a selectivity for isobutene of approximately 76%. The most im-portant factor with regard to the catalytic activity of both fresh and used carbon catalysts was de-termined to be the specific surface area of the material. These results are unique since they indicate that various carbon materials, including deposited coke, can behave as effective catalysts for the isobutane conversion reaction even without the presence of functional groups.

关 键 词：碳 直接脱氢 异丁烷 异丁烯 多相催化 

分 类 号：O623.121[理学—有机化学]