Au/TS-1 觸媒基本活性之探討

4.1.1 不同金擔載量對 Au/TS-1 活性之影響

在此節中，將比較不同金擔載量下觸媒的活性，試圖找出在哪個金擔載量下 能有最佳的活性，再進行之後的實驗。此部分的實驗其GHSV 皆固定為 14000 mLh^-1gcat-1來做反應活性測試。

從圖4-1 的實驗結果中，發現當金擔載量從 0.75 wt%降低至 0.2 wt%時，轉化 率變化不大，但由於環氧丙烷 (PO)選擇率的大幅增加 (62.1%～80.2%)，因此產率 有明顯的增加，在金擔載量0.2 wt%時有最高的產率 5.9%。但當金擔載量低於 0.2 wt%後，產率就開始降低 (轉化率明顯降低許多，但選擇率增加不多)，推測可能 是因為金擔載量下降時，金粒子數量減少因此活性位置也較少，所以轉化率明顯 下降因而造成產率的降低。

而在H2、O2的轉化率以及H2的使用效率方面，從圖4-2 可明顯的發現，當金 擔載量提高時，H2和O2的轉化率從20%左右提高到 80%左右，相對使得 H2的使 用效率從20.3%下降至 5.9%，可能有很大部分的 O2和H2都用於燃燒反應生成CO2， 也表示了較高金擔載量時其金粒子不適合生產環氧丙烷。

在不同的金擔載量影響活性的研究上，發現在0.2 wt%時 TS-1 能有最高的產 率，因此在接下來實驗中，即使用這組觸媒進行改變GHSV 的實驗，試圖找出能 有最佳活性的GHSV 條件，以及推測可能的反應路徑。

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圖4-1 Au/TS-1 在不同金擔載量下的轉化率、選擇率和產率

圖4-2 Au/TS-1 在不同金擔載量的 H2、O2轉化率和H2使用效率

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4.1.2 不同 GHSV 對 Au/TS-1 活性之影響

在此節中，將討論金擔載量0.2 wt%的 Au/TS-1 觸媒在不同 GHSV (Gas Hourly Space Velocity)下的反應活性。藉由改變反應的觸媒量，進而改變 GHSV

(7000~56000 mLkgcat-1h^-1)；在圖 4-3 和圖 4-4 中，將 GHSV 取倒數，以 Space time (0.06~0.5 sgcatmL^-1)的方式來表示氣體在觸媒床中滯留的時間，較方便直觀判斷。

從圖4-3 中可以發現，隨著氣體滯留時間的增加，觸媒的轉化率會隨之增加，而選 擇率則是隨之降低，而在圖4-4 中呈現了不同 space time 下，其各個產物的產率變 化，使用產率而不使用選擇率的原因是因為在不同space time 下其丙烯的轉化率皆 不相同，使用選擇率的話無法看出實際的含量，因此採用產率來表示，從圖中可 以發現當GHSV=11200 mLkgcat-1h^-1時能有最高的環氧丙烷產率6.26%。

此外，由圖4-4 的結果也可以發現，隨著 space time 的增加，環氧丙烷的產率 會隨之增加，最後會趨向持平，而CO2其產率皆不斷上升，Propanal 和 Acrolein 則是到較高的space time 時才有漸漸上升的趨勢。因此可推測 Propanal 和 Acrolein 可能是環氧丙烷再繼續反應所生成的產物，即為series 反應，而 CO2應是環氧丙烷、

Propanal 和 Acrolein 的末端產物。在文獻[53]中提到了擔體表面上的酸性位置會促 使PO 進行開環反應進而生成副產物，但可能生成速率很慢，所以如實驗結果所示，

當space time 很高時才會漸漸增加副產物的含量。

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圖4-3 0.2 Au/TS-1 觸媒在不同 Space time 下轉化率和選擇率的變化

圖4-4 0.2 Au/TS-1 觸媒在不同 Space time 下各產物的產率變化

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4.1.3 比較不同金擔載量下的金粒子活性

由4.1.1 小節實驗結果顯示，不同的金擔載量下觸媒會有不同的活性表現，由 於較高的金擔載量同時意謂著其金粒子容易聚集形成較大的顆粒，反之較低的金 擔載量時其金粒子應會較小，因此接下來更深入的探討是否是因為不同的金擔載 量下金粒子活性的不同，造成觸媒活性上的差異。

不同金擔載量的觸媒，若金粒子的活性很相近的話，在相同轉化率下 (即活性 位置的數量相近)，理論上會有相同的環氧丙烷選擇率。而在 4.1.2 小節中，得到金 擔載量0.2 wt%的 Au/TS-1 觸媒在不同轉化率下所對應的環氧丙烷選擇率，因此即 可直接和其他不同金擔載量的觸媒做比較。如圖4-5 所示，觸媒名稱前的數字代表 其金擔載量 (wt%)，分別將不同金擔載量的觸媒在相同的轉化率下做比較，可以 明顯發現0.75 和 0.45 wt%的觸媒環氧丙烷選擇率都低於 0.2 wt%的觸媒，其中又以 0.75 wt%的選擇率最低 (相對的，其二氧化碳選擇率則是最高)，顯示當金擔載量 高於0.2 wt%時，其金粒子活性與 0.2 wt%之金粒子不同，是較趨近於全氧化反應。

另一方面，當金擔載量低於0.2 wt%時，0.08 wt%的觸媒和 0.2 wt%的觸媒其環氧 丙烷選擇率很相近，表示在金擔載量小於一定程度後，其金粒子的活性應該很相 近，因此造成如圖4-1 中金擔載量 0.08 wt%的觸媒產率較金擔載量 0.2 wt%低的原 因應是金粒子的數量較少而不是活性較差。

另外從圖4-6 可以發現，當金擔載量提高時，CO2的選擇率大幅提高，由於在 高金擔載量下，金粒子可能聚集形成較大的顆粒，因此推測較大的金粒子會趨向 進行燃燒反應生成CO2，而較小的金粒子則較適合環氧丙烷的生成。

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圖4-5 比較不同金擔載量 Au/TS-1 觸媒的 PO 選擇率高低

圖4-6 Au/TS-1 觸媒在不同金擔載量下各產物的選擇率變化

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