基于钯在乙炔选择加氢中的动力学研究来设计制备新型选择加氢催化剂

Polyethylene is the most common plastic synthesized by ethylene polymerization. Because acetylene poisons the catalyst for the polymerization process, the acetylene content in the ethylene feed has to be reduced to the low ppm range. While palladium metal exhibits high activity, it possesses only limited selectivity and long-term stability because of the formation of ethane by total hydrogenation as well as higher hydrocarbons by oligomerization reactions. Understanding the roles of palladium dynamics and surface electronic properties in hydrogenation are the bases for designing new catalysts with high activity, selectivity and stability. .

聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，全球聚乙烯产量居五大泛用树脂之首，目前国内聚乙烯供给仍部分依托于进口。生产聚乙烯时，乙烯原料中少量的乙炔不仅是杂质而且还会毒化聚合反应中的催化剂，因此除去原料中的乙炔气体十分关键。常规钯催化剂应用于乙炔加氢时，虽活性高，但在反应中容易失活，选择性不够理想。本计划争取在表征理解反应过程中钯动力学及电学性质变化的基础上，设计制备新型高效的钯基加氢催化剂。在节约贵金属催化剂使用的同时，提高其催化加氢选择性及稳定性。

选择加氢是去除裂解汽油抽提烯烃中产生的微量乙炔的有效方法，研究高转化率、高选择性的乙炔选择加氢催化剂的开发具有重要的工业意义。在炔烃选择加氢反应中Pd基催化剂应用最为广泛，但是，由于Pd表面电子活跃，对氢气的吸附能力强，在加氢反应过程中Pd以及载体表面会形成和积累碳质沉积物，Pd基催化剂易于失活而且选择性急剧降低。本项目一方面以Pd为活性组分，选取功能化碳纳米管作为载体，在常温条件下采用液相还原法合成碳纳米管负载Pd-Au双金属催化剂，研究探讨Pd-Au双金属催化剂中Pd、Au间的协同效应与催化性能之间的联系。另一方面，本研究以NaOH和丙酮为原料，采用了一种简便的方法制备出新型碳材料(PCFs)，该多孔碳三维材料的物理化学性能独特，具有独特的形貌结构，并通过参杂原子修饰其性能，研究了载体的组成、结构、表面化学性质及载体与金属颗粒间的相互作用对催化剂性能的影响。本项目研究以X射线光电子能谱仪（XPS）为主要分析手段，结合X射线衍射仪（XRD）、程序升温脱附（TPD）、程序升温还原（TPR）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等其他手段，对选择加氢反应中的催化剂形貌及催化过程中的动力学变化进行系统研究分析。在项目开展的过程中，基于对影响乙炔选择加氢催化体系各种因素的综合理解，通过对催化反应前催化剂表面电子态及吸附能力的变化表征，尝试把催化剂的动力学变化关联到催化性能上来，为进一步提高催化剂选择性及稳定性打下了研究基础。