丙烷脱氢催化剂的制备与表征目前，丙烷脱氢制丙烯催化剂主要分为丙烷直接催化脱氢催化剂和丙烷氧化脱氢催化剂两大类，直接催化脱氢催化剂主要有Cr系催化剂和Pt系催化剂。

Pt系催化剂的制备方法浸渍法浸渍法是将贵金属负载到载体上的最常用的方法，以Pt系催化剂为例：制备单Pt催化剂时，先将Pt的前驱物如(NH4)2PtCl6，H2PtCl6或Pt(acac)2等用去离子水或有机溶剂制备成溶液，采用初湿浸渍法浸渍到载体上，然后再在适当的温度下进行烘干、焙烧和还原；制备Pt-Sn催化剂，可以采用顺序浸渍法，也可采用共浸渍法。

顺序浸渍法是分别将Pt、Sn的前驱物制备成溶液，先浸渍一种，烘干后再浸渍另一种。

共浸渍法则是将两种前驱物先制备成一种溶液再进行浸渍。

浸渍法虽然简单，但不能控制金属颗粒的大小，负载双金属或多金属时不能控制金属颗粒的组成。

金属颗粒的大小和组成，与金属前驱体的组成、载体性质以及浸渍方法等都有关。

此外采用有机溶剂溶解金属前驱物，在工业生产中还要考虑溶剂的回收问题。

离子交换法该方法的原理是利用贵金属前驱物与载体表面的羟基相互作用，例如采用离子交换法制备Pt/SiO2催化剂，SiO2表面存在硅羟基，Pt的四铵络合物[Pt(NH3)4(OH)2]与硅羟基中的质子可以发生离子交换反应得到[Pt(NH3)4]2+，离子交换反应后先将催化剂烘干，然后在500℃下氧化，再用H2还原，制得Pt/SiO2催化剂，其中Pt颗粒的粒径集中分布在1~3 nm。

采用离子交换法，也可以将Pt负载到Al2O3载体上，可以选用氯铂酸、氯铂酸铵等化合物作为Pt的前驱物。

溶胶凝胶法溶胶凝胶法是制备催化剂的常用方法，一般用于制备金属氧化物催化剂和负载型非贵金属催化剂。

该方法制备贵金属催化剂可在一定程度防止贵金属颗粒的烧结。

采用溶胶凝胶法制备负载型贵金属催化剂，有以下2种方法：一种是将预先制备好的金属颗粒，直接加入到载体的溶胶凝胶中；另一种方法是将金属盐与制备载体的材料一起成胶或直接加入到制备载体的溶胶凝胶中，溶胶凝胶再进行成型、干燥、焙烧、还原等步骤，制得催化剂。

沉积沉淀法沉积沉淀法是将载体置于Pt的前驱物溶液中，在搅拌过程中采用不同的手段使Pt形成沉淀，沉积在载体表面的方法。

将Pt以盐的形式从其前驱物溶液中沉淀下来，可以加入碱，如Na2CO3，NaOH等，也可以采用光催化水解的方法。

在Pt形成沉淀的同时，也可以加入KBH4、甲醇等促进Pt的还原。

为保证Pt沉积到载体表面处于高分散状态，其前身物溶液中可以引入表面活性剂。

沉积沉淀法的缺陷在于Pt在载体表面的分布受溶液的组成、浓度、温度、pH值、加料方式、搅拌强度等多方面因素的影响，操作条件不易控制，重复性不高；Pt在载体内外表面分布可能不均匀；沉淀物与载体表面作用较弱，催化剂制备、使用等过程中容易造成活性组分流失。

铬系催化剂制备方法CrOx-Al2O3催化剂的制备研究包括浸渍法，共沉淀法和化学气相沉淀法，所有这些方法都需要在600℃进行煅烧处理，当煅烧处理在600℃以上容易引起催化剂失活，可能是因为想成了稳定的CrOx/Al2O3尖晶石结构。

中国石油大学的李芹采用等体积浸渍法制备了一系列Cr-K2O/Al2O3催化剂，采用去离子水将一定量的三氧化铬(CrO3)、硝酸钾(KNO3)配成浸渍液，加入适量活性氧化铝载体颗粒，在室温下搅拌24h以保证浸渍均匀。

将浸渍后的氧化铝小球放入120℃的鼓风干燥箱中干燥12h，之后将其置于马弗炉中在一定温度条件下焙烧4h后得到脱氢催化剂。

在500~800℃的范围内，经过研究发现不同焙烧温度对Cr-K/Al2O3催化剂的比表面积、孔容及孔径的影响较小，但对催化剂表面晶型、稳定性及酸碱性影响较大。

对不同温度焙烧Cr-K2O/Al2O3-t 催化剂的XRD谱图分析发现，在500~600℃焙烧的Cr-K2O/Al2O3-t催化剂除γ-Al2O3的特征衍射峰外并未出现其他晶相的衍射峰，说明活性组分在样品表面的分散度较高。

而600~800℃焙烧的催化剂上出现了K2CrO4尖晶石相的衍射峰，且随着焙烧温度的升高，K2CrO4衍射峰的强度逐渐增加，说明焙烧温度影响了活性组分Cr2O3的分散。

之后又通过NH3-TPD图谱发现焙烧温度低于或等于700℃时，催化剂酸性变化不明显；焙烧温度大于700℃时，催化剂的酸性有明显的降低。

经过异丁烷脱氢实验发现，焙烧温度对催化剂的异丁烷脱氢性能有一定影响，焙烧温度在700和800度的催化剂上的异丁烯的选择性下降明显。

综合催化收率及异丁烯选择性，选择焙烧温度600℃制得的Cr-K/Al2O3-600催化剂为优选催化剂。

Cr系催化剂的合成方法与Pt系催化剂合成方法类似，主要有浸渍法和溶胶-凝胶法。

浸渍法可使大部分的含量较少的活性组分分散到反应物所能到达的表面上，提高了活性组分的利用率。

传统的铬系催化剂需要在较高的反应温度下进行反应（650℃），高温会促进反应物分子的聚合脱氢和积炭，如果反应所需温度较低，则可以大大降低积炭的形成速率。

但是传统的湿法浸渍只能合成低担载量的负载型催化剂，制备高担载量的催化剂时，一般需要重复多次浸渍，但是这往往会造成活性组分的聚集，降低活性组分的分散度，使活性组分的利用率降低。

有研究者发现3%的铬担载量催化剂与8%或者更高担载量的催化剂，具有相同的催化活性。

同时，活性组分担载量太高时，浸渍时前驱物会在载体孔道内聚集、结晶，造成载体孔道堵塞，比表面和孔容的下降，相应地，催化剂活性也跟着下降。

因此，如何在高担载量时，同时保持活性相的高分散度，以及载体孔道的畅通是制备高活性、高稳定性氧化铬/氧化铝催化剂的一大关键。

在工业生产中浸渍法采用有机溶剂溶解金属前驱物，因此需要考虑溶剂的回收问题。

溶胶-凝胶法制备的催化剂其活性组分除了部分附着在催化剂的表面之外，也有一部分镶嵌到催化剂内部孔道中，因此活性组分不容易流失，同时也增大了铬的担载量，减缓了催化剂的失活速度。

相比浸渍法，在相同金属负载量下，制得的催化剂通常有着更好的金属分散性。

溶胶凝胶法的制备过程简单，催化剂的合成时间较短，但目前还未大规模工业化应用。

催化剂的性能评价及结构表征催化剂的脱氢性能评价脱氢性能评价采用脱氢固定床反应器，催化剂的脱氢性能评价具体步骤如下：首先是填装催化剂于反应器的适宜位置，然后安装反应器，通氮气验漏，在30mL/min的氮气氛围下升温至反应温度580℃，然后恒温30min，之后停止氮气通入，开始进料。

装置通过质量流量计来控制气体的流量从而调节进料组成，采用丙烷与氢气1:1进料，原料气进入反应器催化剂床层之前，先在混合器内混合均匀并预热至300℃，进料总流量为30mL/min。

反应产物通过热分离与冷分离除去水分等杂质后用气相色谱在线分析。

反应结束后，通入氮气降温，最后切断电源。

通过色谱分析得到反应物及反应产物中各组分的相对质量分数，对丙烷转化率及丙烯选择性进行计算，以进行催化剂的脱氢效果评价。

催化剂的表征低温氮气吸脱附采用多功能吸附仪（可选是美国麦克公司生产的Tristar3000，Micromeritics Instrument Corporation，U.S.A）用静态低温吸附容量法测定孔结构和比表面积。

据低温下N2在催化剂表面的吸附量随压力变化的特性做出样品的吸附-脱附等温线，再利用BJH方法计算催化剂孔容和孔径的大小，通过BET理论计算催化剂比表面积大小。

X射线多晶衍射（XRD）XRD谱图表示的是衍射强度对衍射角度的关系，测定的是催化剂的晶型，不同晶型的样品在谱图上有不同的衍射峰。

扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜可以了解脱氢催化剂表面微观结构。

透射电子显微镜（TEM）能够进一步分析催化剂活性金属组分在载体上的分布状况及颗粒大小。

化学吸附分析仪程序升温还原（H2-TPR）：采用化学吸附分析仪对催化剂的还原性能进行分析，通过TPR 图谱判断还原物质的种类和还原的难易程度。

氨吸附-程序升温脱附（NH3-TPD）：可以测定催化剂表面的酸量及酸强度的分布。

TPD表征中脱附温度越高，酸的强度就越强，并将150-250℃，250-350℃和>350℃的峰分别定义为弱酸，中强酸及强酸。

In-situ DRIFTS表征原位漫反射傅里叶红外变换光谱（in-situ DRIFTS）可以用来测定反应过程中的中间物种，此表征可以采用美国热电尼高力公司生产的Nexue 6700傅里叶变换红外光谱仪上完成，分辨率4cm-1，并由64次扫描的平均值得到最终的红外谱图。

在负载顺序非铬系丙烷脱氢催化剂的影响的实验中，原位红外的具体操作步骤如下：将催化剂样品置于红外反应池内，样品将表面剖至平整，然后在氮气气氛下升温至反应温度580℃。

切换原料气之前先采集背景光谱，然后通入反应混合气（氢气：丙烷以30mL/min的速率按体积比1:1进料），每反应15min 后采集一次，每次采集之前先用氮气吹扫2min然后再采集。

而在晶化温度对复合铬系催化剂的影响的实验中，原位红外的具体操作如下：首先将催化剂样品装入原位红外的反应池中，在氮气气氛下升温至反应温度580℃，然后切换成丙烷和氢气的混合气（混合比及流量同上），每反应5min采集一次光谱信息，为避免丙烷的C-H振动对测定结果的干扰，用KBr 代替样品升温到反应温度后通入原料混合气测定光谱作为背景。

X射线光电子能谱X射线光电子能谱(XPS)广泛应用于无机化合物、合金、半导体、聚合物、元素、催化剂等材料，可以对特定元素进行定性和半定量分析。

在催化领域，经常用于表征催化剂表面负载金属的含量、价态和比例。

采用XPS测定催化剂表面的铬物种的价态。

X射线由单色的能量为18.2W的Al-Kα所激发，通能为46.95e V，采集角为45o，并将C的1s轨道结合能为284.8eV作为参考来测定其他元素结合能数据。

催化剂积碳含量测定在V ARIO EL Ⅲ型CHNS/O多元素分析仪上对铬基催化剂样品中的积碳含量进行测定。

测定时采用动态闪烧，并根据催化剂样品的性质调整加氧时间，保证分解完全；催化剂样品经过燃烧-氧化-还原之后，再经吸附、解析，由TCD检测器进行检测，进样量设定为1-100mg。