催化甘油脱水反应的酸活化蒙脱石负载WO_x催化剂的研究（英文）

发布时间：2018-04-15 21:22

  本文选题：甘油 + 丙烯醛　； 参考：《催化学报》2017年06期

【摘要】：甘油是一种可由生物资源生产、可持续的、可降解的平台化学品,是生物柴油、肥皂化工等工业生产过程中的主要副产物.催化甘油脱水反应生产丙烯醛,有望能替代丙烯等石油裂解产物合成丙烯醛的传统工业路线.丙烯醛是一种重要的化工中间体,被用于合成蛋氨酸、丙烯酸、3-甲基吡啶和1,3-丙二醇,并被广泛地应用于农药、医药、高分子材料等领域.随着全球可持续能源发展,生物柴油生产迅速发展,将产生大量的副产物甘油.利用甘油为原料,通过合适的催化剂的催化脱水反应生成丙烯醛,是近十多年来国内外工业催化的研究热点之一.用于催化甘油脱水合成丙烯醛的酸催化剂有杂多酸、金属氧化物、沸石与酸性粘土矿物等.钨磷杂多酸(H_3PW_(12)O_(40))负载的催化剂虽然具有较强的酸性,有利于催化甘油脱水,但容易导致结焦,而且热稳定差,容易失活.钨磷杂多酸负载于SiO_2,TiO_2,Al_2O_3,SiO_2-Al_2O_3,K-10蒙脱石上表现出不同的催化活性,表明催化剂和载体的表面酸性和孔结构影响催化性能.近来研究发现,负载于ZrO_2,Al_2O_3的钨氧化物(WO_x)催化剂热稳定性好、酸性高,在甘油脱水反应生成丙烯醛中表现出良好的催化性能.但有关钨氧化物(WO_x)结构、催化活性受载体组成、酸性影响的本质和规律一直不清楚.本文采用20 wt%的硫酸、盐酸、磷酸和乙酸对蒙脱石进行酸改性,并在磷酸改性的蒙脱石上负载W含量为4 16 wt%的WO_x作为催化剂,用于甘油气相脱水反应.X-射线衍射(XRD)、热重-差热法(TG-DTG)、氨程序升温脱附(NH_(3~-)TPD)、红外光谱(FT-IR)和紫外漫反射可见光谱(DR UV-vis)等表征,探讨了酸改性和负载WO_x的蒙脱石对催化剂催化性能的影响.蒙脱石经过20wt%的硫酸、盐酸、磷酸和乙酸的活化,酸性增加.四种酸改性的蒙脱石对甘油气相脱水反应均有催化活性,这是因为在蒙脱石酸活化过程中,H~+经过阳离子交换反应进入蒙脱石层间,同时蒙脱石八面体中的部分Al~(3+)被浸出,使层板上出现不饱和Al~(3+),为催化剂提供了L酸位,蒙脱石硅氧四面体上的Si-OH以及[AlO_4]上吸附的H_3O~+提供了B酸位.XRD分析表明,负载WO_x的蒙脱石表面存在WO_(2.72),WO_(2.9)和WO_3三种不同类型的WO_x,当钨负载量从12 wt%增至16wt%,孤立的单斜晶系WO_3晶粒增多.NH_(3~-)TPD和DR UV-vis结果表明,WO_x负载在蒙脱石表面以[WO_5/WO_6](B酸位)、[WO_4]和单斜晶系WO3相(L酸位)形式存在.蒙脱石上负载WOx能够调节催化剂的酸强度、酸量和酸位.随着钨负载量从4wt%增至12 wt%,丙烯醛收率从40.9%增加到67.3%;进一步增加钨负载量到16 wt%,丙烯醛收率降为50.7%.结果发现,随着钨负载量的增加,催化活性组分含量增加,[WO_5/WO_6](B酸位)增加,使催化活性增加;当W负载量达到16 wt%时,WO_x分散性降低,且在催化剂表面形成孤立的单斜晶系WO_3相(L酸位),不利于提高丙烯醛选择性.当反应温度为320℃,甘油水溶液浓度为15 wt%时,磷酸活化蒙脱石负载12 wt%W的催化剂上甘油转化率为89.6%,丙烯醛收率达到73.3%.
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本文编号：1755833