多级孔材料的合成与应用

发布时间：2019-03-05 17:46

【摘要】：微孔分子筛的孔道尺寸较小不利于反应物和产物的扩散,而介孔分子筛的酸性较弱、水热稳定性差。为了克服单一孔道的的缺点,多级孔分子筛越来越受到研究者关注。多级孔分子筛是由两种以及两种以上级别的孔径构成,其中微孔和介孔复合的多级孔分子筛,结合了微孔和介孔孔道结构的优点,可以大大的提高了分子筛的性能。Y型分子筛具有大的比表面积、强酸性、优异的水热稳定性等优点,在工业过程中有着广泛的应用。糠醛是生物质裂解制备生物柴油中的一种重要组成成分,环戊酮是一种重要的化工中间体,通过糠醛水相加氢反应可以生成环戊酮。因此本论文采用简单的工艺直接合成多级孔Y型分子筛,以此为载体制备出负载Ni的催化剂,用于糠醛水相加氢反应中,并进行了工艺条件的优化。采用传统表面活性剂F127为模板剂,在不加入任何助剂的条件下直接合成出结晶度较好的多级孔F-NaY型分子筛。并分别考察了晶化温度、晶化时间、硅铝比以及模板剂用量对合成多级孔Y型分子筛的影响。结果表明在晶化温度100℃、晶化时间25 h、投料硅铝比SiO2/Al2O3=10.5、F127的质量占反应混合液总质量的比(g/g)为0.034时,得到的分子筛F-NaY-0.034具有相对较好的结晶度、较大的比表面积、较大的孔体积以及最适宜的酸性。采用廉价的生物化工产品海藻酸钠为模板剂,利用水热法成功地合成了结晶度良好的多级孔S-NaY型分子筛。并分别考察了晶化温度、晶化时间、硅铝比以及模板剂用量对合成多级孔Y型分子筛的影响。结果表明在晶化温度100℃、晶化时间25 h、投料硅铝比SiO2/Al2O3=10.5、海藻酸钠的质量占反应混合液总质量的比(g/g)为0.018时,即可合成出相对结晶度较好、比表面积较大、孔体积较大、酸性适宜的多级孔分子筛S-NaY-0.018。以所得到的多级孔Y型分子筛为载体,负载Ni制备Ni/F-HY和Ni/S-HY系列催化剂,主要考察了模板剂用量对所制备的催化剂的糠醛加氢反应性能的影响,并与传统Y分子筛做载体制备的催化剂性能进行对比。结果表明两种多级孔Y型分子筛载体制备的催化剂20wt.%Ni/F-HY和20wt.%Ni/S-HY的催化活性均高于传统Y型分子筛负载Ni催化剂。这主要是因为载体的多级孔结构加快了反应速率和传质速率,另外多级孔结构的催化剂具有更适宜的酸性和更高的比表面积。在以F127为模板剂制备的催化剂体系中,当F127的质量占反应混合液总质量的比为0.034时制备的催化剂的活性最高,在反应温度150℃,氢气起始压力4 MPa,Ni负载量为20wt.%,催化剂用量为1.5wt.%的条件下反应9 h,得到的糠醛的转化率为94.8%,环戊酮的选择性为81.2%。在以海藻酸钠为模板剂制备的催化剂体系中,海藻酸钠的质量占反应混合液总质量的比为0.018时制备的催化剂的活性最高,在反应温度150℃,氢气起始压力4 MPa,Ni负载量为20wt.%,催化剂用量为1.5wt.%的条件下反应9 h,得到的糠醛的转化率为96.4%,环戊酮的选择性为89.7%。对比使用不同模板剂的两种合成体系,以海藻酸钠为模板剂合成的Y型分子筛制备的催化剂的活性较高,主要是因为该体系中载体的介孔体积较多,使得反应物和产物的扩散速率较快,接触活性位点的机会较多；该体系制备的催化剂具有更多的酸量；从Ni的分散度来看,该体系制备的催化剂中Ni金属颗粒的分散性较好。
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【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36;TB383.4

【参考文献】