Na-W-Mn/SiO₂催化剂上不同含量WO₄活性位点在甲烷氧化偶联中的催化行为

摘要

甲烷氧化偶联（OCM）作为生产C₂（C₂H₆和C₂H₄）的直接途径受到了广泛关注.在传统催化剂中,Mn/Na₂WO₄/SiO₂（Na-W-Mn/SiO₂）类催化剂具有甲烷转化率高、 C₂选择性高且在高温下也能保持相对高的稳定性等优点.本文利用硅钨酸作为前驱体,制备了一系列不同W载量的Na-n W-Mn/SiO₂催化剂，并进行了X射线粉末衍射、透射电子显微镜、氢气程序升温还原、氧气程序升温脱附和X射线光电子能谱表征以及甲烷氧化偶联活性的评价.研究发现，所有催化剂上的Na₂WO₄、 Mn₂O₃和α-方英石晶相之间均存在较强的相互作用,并通过协同催化作用来提高催化剂的OCM性能.随着W载量的持续增加,以硅钨酸作为前驱体制备的催化剂表面的W物种一直保持以四面体WO₄的形式存在,而构效关系分析揭示了四面体WO₄是此系列催化剂上OCM反应的活性中心.具有高含量四面体WO₄的Na-10.0%W-Mn/SiO₂催化剂有较低的W⁶⁺→W⁴⁺还原温度和较高的表面晶格氧占比,这可能是其获得最佳甲烷转化率和C₂产率的主要原因.当温度为775℃时, Na-10.0%WMn/SiO₂催化剂上CH₄的转化率为44.2%, C₂的产率为24.1%,其中乙烯的产率为18.7%.

关键词

Na-W-Mn/SiO₂催化剂 / 甲烷氧化偶联 / 不同W含量 / 乙烯收率 / C₂