非晶体Ni-B催化剂的改性及其催化糠醛加氢合成的研究

发布时间：2017-12-06 17:03

  本文关键词：非晶体Ni-B催化剂的改性及其催化糠醛加氢合成的研究

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【摘要】：环戊酮是一种重要的精细化工中间体,也是药物、杀虫剂、除草剂和香水的原料。在电子行业,由于环戊酮对树脂具有良好的溶解性能,故广泛应用于溶剂。另外,环戊酮通过缩合加氢也用来合成长链烷烃。糠醛来源于生物质资源,由糠醛加氢合成环戊酮是可持续的生产路线,所以本研究具有重要的学术价值和深远的社会意义。由糠醛加氢合成环戊酮存在反应压力高,选择性低,稳定性差等问题,解决这类问题关键是研制出高性能的加氢催化剂。本文采用化学还原法制备了一系列Ni-B和Ni-M-B(M为Cu、Co、Zn、Cr、Mo、Fe、Mg和Al)非晶态催化剂,用于糠醛加氢制备环戊酮的反应中。通过考察镍源和硼镍物质的量比对Ni-B非晶态催化剂的结构及其催化性能的影响可知,适宜的镍源为氯化镍,最佳的硼镍物质的量比为4:1,此条件下,催化剂的颗粒分散性好,粒径均匀。除以硝酸镍为镍源制备的催化剂没有呈非晶态结构外,其他条件下制备的催化剂均呈现出非晶态结构。除以硝酸镍为镍源制备催化剂的TG曲线上没有出现增重外,其他条件下制备的催化剂的TG曲线上,均出现明显的增重现象。通过考察添加不同金属对Ni-B非晶态催化剂结构及其催化性能的影响可知,添加少量的金属不会改变Ni-B催化剂的非晶态结构;适量添加Cu和Co,有利于改善Ni-B非晶态催化剂催化糠醛加氢制备环戊酮的催化效果,按改性效果由高到低的排列顺序为Cu(xCu=5%)Co(xCo=3%),而添加Zn、Cr、Mo、Fe、Mg和Al均对Ni-B非晶态催化剂催化糠醛加氢产生不利影响。通过采用XRD、氮吸附、SEM、H2-TPD和XPS等手段对Cu改性的Ni-B非晶态催化剂进行表征,研究Cu对Ni-B非晶态催化剂的改性机理。XRD结果表明,添加助剂Cu并未改变Ni-B催化剂的非晶态结构。SEM结果表明,当xCu=5%时催化剂球形颗粒较为完整,分散性较好,粒径较均匀,无团聚现象,增加了催化剂的比表面积,加氢活性中心增多,这对反应物糠醛的吸附和产物的脱附有利。H2-TPD结果表明,Ni-B和Ni-Cu-B催化剂均出现两个脱附峰,表明有两种氢的吸附中心,两个高温脱附峰归结为化学吸附H2的脱附。当Cu的添加量为5%时,脱附峰面积明显增大,由此说明Ni和Cu之间产生相互作用,使得氢的吸附程度发生变化,活性中心数目增多,使得吸附的氢物种在催化剂表面的流动变得更容易,进而参与反应,对于催化剂活性的提高非常有益。XPS结果表明,添加助剂Cu之后使得催化剂的化学环境发生变化,部分电子由B向Ni转移,使得Ni-Cu-B中的金属Ni为富电子状态,而B为缺电子状态。通过采用单因素优化法得到了Ni-Cu-B非晶态催化剂催化糠醛加氢制环戊酮的最佳反应条件,其最佳的反应温度、氢气分压、反应时间以及水和甲醇的溶剂体积比分别为160℃、0.8 Mpa、6 h和5:1。在此条件下,糠醛完全转化,环戊酮的选择性和收率分别为52.9%和52.9%。通过考察Ni-Cu-B非晶态催化剂的稳定性发现,催化剂在循环使用5次后仍然保持活性不失活,说明该催化剂具有较好的稳定性。通过对反应5次后的催化剂进行表征分析发现,反应后的催化剂的比表面积和孔容均减少,并产生团聚现象或不明块状物,但其非晶态结构不变,说明催化剂可能因团聚或不明块状物覆盖催化剂的活性中心而出现失活。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ234.21

【参考文献】

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本文编号：1259305