粘土负载金属氧化物催化丙三醇脱水氧化反应的活性位及作用的研究

发布时间：2017-10-09 22:24

  本文关键词：粘土负载金属氧化物催化丙三醇脱水氧化反应的活性位及作用的研究

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【摘要】：丙三醇是生物柴油、肥皂生产工业和脂肪酸生产工业的副产物,是一种绿色、可再生的资源。以丙三醇为原料合成丙烯醛、丙烯酸等高附加值化学品已经成为研究热点。但是在丙三醇脱水反应制备丙烯醛和丙三醇脱水氧化反应制丙烯酸的过程中,对影响脱水、氧化的催化剂的活性位点的研究仍然较少。粘土催化剂是一种良好的固体酸催化剂,具有可调变的结构和活性位点。本课题设计利用粘土催化剂和粘土催化剂负载金属氧化物催化丙三醇脱水、丙三醇脱水氧化反应,并研究催化过程中催化剂的活性位点以及其对反应的作用。本课题使用不同的酸改性调变海泡石的比表面积、孔道以及酸性位的强度和类型,将酸改性海泡石作为固体酸催化剂应用于丙三醇催化脱水反应。然后,将催化脱水效果最好的酸改性海泡石催化剂为基底,负载氧化钒,作为催化剂催化丙三醇脱水氧化反应。为了考察不同种类的酸以及不同浓度的该酸对海泡石结构和酸性的酸类型和酸强度的影响,选用了盐酸、硫酸、乙酸和磷酸四种不同强度的酸对海泡石进行酸处理,并研究酸改性海泡石催化丙三醇脱水反应的催化性能。酸改性增大了海泡石的比表面积,改变了孔道分布,减弱了酸强度,增加了Br?nsted与Lewis酸性位的量。在反应温度为320 oC,载气空气流速为20ml/min,原料为15 wt.%丙三醇的反应条件下,2mol/L盐酸酸改性的海泡石(SPA-2)的催化效果最好:丙三醇的转化率为92.9%,丙烯醛的选择性为59.4%。用2mol/L SPA-2作为基底,通过浸渍法负载不同含量的氧化钒,考察在相同催化反应条件下,不同焙烧温度和不同钒负载量对丙三醇脱水氧化反应的催化效果。结果表明,在焙烧温度为400oC,钒负载量为0.5wt.%的催化剂(0.5%V/SPA-2@400)的脱水氧化效果最好,丙三醇的转化率为93.0%,丙烯酸的选择性为3.9%,丙烯醛的选择性为41.8%。在对催化剂活性位的研究中发现,酸改性有助于提高海泡石的活性位,降低酸强度和改变酸性位(Br?nsted与Lewis)比例,从而提高丙三醇的转化率以及丙三醇脱水产物丙烯醛的选择性。在对催化剂表面负载的氧化钒的研究中发现,适量负载氧化钒有助于丙烯醛氧化为丙烯酸,而氧化钒含量过高则降低了丙烯酸的产率。酸改性海泡石催化剂仍然存在积碳和失活的问题。在对积碳的研究中发现,积碳主要集中在催化剂表面和孔道中,从而影响酸性位的活性,降低催化反应效果。
【关键词】：丙三醇 海泡石 酸改性 脱水反应 脱水氧化反应 丙烯醛
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ203.2
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 丙三醇的合成与应用12-13
• 1.2 丙烯醛的合成13-14
• 1.2.1 丙烯氧化法13
• 1.2.2 丙烷氧化法13
• 1.2.3 丙三醇脱水法13-14
• 1.2.4 其他14
• 1.3 丙烯酸的合成14-16
• 1.3.1 丙烯氧化法14-15
• 1.3.2 丙烷氧化法15
• 1.3.3 丙三醇脱水氧化法15-16
• 1.4 丙三醇脱水氧化反应及催化剂16-25
• 1.4.1 丙三醇脱水反应16-18
• 1.4.2 丙三醇脱水反应催化剂18-23
• 1.4.3 丙三醇脱水氧化反应23-24
• 1.4.4 丙三醇脱水氧化反应催化剂24-25
• 1.5 海泡石的性质及其应用25-26
• 1.6 课题研究目的和内容26-28
• 第二章 实验部分28-33
• 2.1 实验仪器和药品28-29
• 2.2 催化剂的表征29-30
• 2.2.1 X射线粉末衍射29
• 2.2.2 X射线荧光光谱29
• 2.2.3 SEM电子扫描显微镜29
• 2.2.4 热重分析29
• 2.2.5 傅立叶变换红外光谱29
• 2.2.6 N_2物理吸脱附29-30
• 2.2.7 NH_3程序升温脱附30
• 2.2.8 吡啶吸附红外30
• 2.3 产物分析与计算30-33
• 第三章 酸改性海泡石催化剂的制备、表征与催化性能33-63
• 3.1 酸改性海泡石的制备33
• 3.2 不同酸改性海泡石33-56
• 3.2.1 一元酸改性海泡石催化剂33-44
• 3.2.2 二元酸改性海泡石催化剂44-48
• 3.2.3 有机酸改性海泡石催化剂催化性能和表征48-52
• 3.2.4 三元酸改性海泡石催化剂的催化性能和表征52-56
• 3.3 酸改性海泡石催化剂应用于丙三醇脱水活性位及机理56
• 3.4 酸改性海泡石催化剂的稳定性与积碳分析56-61
• 3.5 本章小结61-63
• 第四章 酸改性海泡石负载氧化钒催化剂的制备、表征与催化性能63-70
• 4.1 酸改性海泡石负载氧化钒催化剂的制备63
• 4.2 不同焙烧温度对氧化钒负载酸改性海泡石的影响63-66
• 4.2.1 不同焙烧温度下氧化钒负载酸改性海泡石催化剂的催化性能63-64
• 4.2.2 不同焙烧温度下氧化钒负载酸改性海泡石催化剂的表征64-66
• 4.3 不同钒负载量对氧化钒负载酸改性海泡石的影响66-68
• 4.3.1 不同钒负载量下氧化钒负载酸改性海泡石催化剂的催化性能66
• 4.3.2 不同钒负载量下氧化钒负载酸改性海泡石催化剂的表征66-68
• 4.4 酸改性海泡石负载氧化钒应用于丙三醇脱水氧化活性位及机理68
• 4.5 本章小结68-70
• 第五章 结论与展望70-72
• 参考文献72-79
• 作者简历79-80
• 致谢80

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本文编号：1002776