论文部分内容阅读
五彩湾(WCW)长焰煤中的氧含量较高,选择性断裂五彩湾长焰煤结构中的碳氧桥键,有利于脱除煤有机质中的含氧官能团。本文研究以ZSM-5为载体,制备了一种双负载型催化剂NiO/Mo2O3-ZSM-5,采用等体积浸渍法,以Ni(NO3)2和(NH4)6Mo7O24?4H2O作为活性组分来源制备催化剂。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量分散色谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、催化剂比表面积(BET)和X射线光电子能谱(XPS)等分析方法来表征此催化剂。结果表明活性组分负载量较低,但能很好的分散在分子筛表面上,具有介孔结构,并且活性组分与载体ZSM-5之间具有较强的相互作用。利用二苄醚进行探针反应,探究了不同的反应时间、初始氢压、反应温度以及催化剂的用量对二苄醚催化反应的影响,研究结果表明随着时间、温度以及催化剂用量的增加二苄醚转化率和产物收率均明显提高,但初始氢压对产物收率和二苄醚转化率影响较小。以五彩湾长焰煤作为实验对象,在300 ℃下,用催化剂进行逐级催化脱氧反应,分别用气质联用(GC/MS)和轨道阱质谱分析(Oribitrap MS)对反应产物进行分析。在相同的反应条件下以无催化剂时进行的反应为对比实验。GC/MS分析表明各级无催化剂的产物收率明显低于有催化剂时的反应收率,并且五彩湾长焰煤催化产物中芳烃、烷烃和苯酚的含量明显高于无催化剂时相应化合物的含量,而醚类、醇类等的含量却低于无催化剂存在时的含量,表明催化剂能够选择性断裂C-O桥键,脱除煤中的含氧官能团,但不能有效地脱除酚羟基。负模式Orbitrap MS分析表明,异丙醇产物中O2和O3族化合物的平均不饱和度经催化反应后分别降低了1.9和1.8,平均碳数分别降低了4.2和3.9,可推测出在催化反应过程中O2和O3族化合物可能发生了开环反应。Oribitrap MS分析表明催化剂对含氧数较多的CnHnO4-6族化合物具有较好的脱氧活性,而对CnHnO1族化合物的脱氧效果不明显。其原因可能为含氧数较多的CnHnO4-6族化合物在催化剂的作用下发生部分脱氧降解反应,生成部分新的O1族化合物。利用煤相关模型化合物催化反应推测催化反应机理。研究表明催化剂可使H2异裂生成吸附在催化剂表面的不可自由移动的H-和可自由移动的H+,H+能够选择性转移到易进攻的醚桥键的氧原子上,促使C-O键断裂。该反应的关键性步骤是生成可自由移动的H+,H+转移到易于进攻的取代位上是发生催化反应的决定性步骤。由模型化合物的反应机理可以推测煤催化脱氧的反应机理。