基于层状前体构筑非贵双金属催化剂及其催化生物质转化性能研究

发布时间：2021-05-09 14:26

　　近年来,按照当前科技和工业的发展速度,化石能源的消耗在接下来的数十年内还会大幅增长,而消耗化石能源带来的环境问题也将更加严重。因此,寻找化石资源的可持续替代品已成为目前能源领域亟待解决的问题。生物质资源作为一种来源广泛、可持续再生的资源获得了广泛关注。由生物质衍生而来的各种化合物可作为平台分子生产各种高附加值化学品,也可通过加氢脱氧工艺对其进行提制生产生物燃料。以生物质衍生物糠醛为例,其自1821年被发现近200年来,无数研究者对其应用进行大幅扩展,从最初简单的松香脱色剂,到合成橡胶,再到药物合成、香精合成等,目前糠醛已被美国能源部评为生物精炼中最重要的30种化学品之一。又如,以愈创木酚和香兰素为代表的木质素衍生物,由于其具有官能团修饰的苯环结构,可以作为重要的化工中间体进一步用于医药和香料合成领域。该类生物质中具有苯环结构,含碳量优异,因此可以对其含氧官能团进行加氢脱氧处理即可获得碳含量理想的生物燃油,因而近年来对该系列生物质的研究热点逐渐转移到加氢脱氧提质领域。目前,成熟的生物质资源加氢催化剂依然以贵金属催化剂为主,虽然其优异的稳定性和良好的性能在该领域取得了良好的研究进展,但有限... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：185 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 生物质概述
        1.2.1 生物质能简介
        1.2.2 中国生物质能分布现状
            1.2.2.1 农作废物
            1.2.2.2 森林资源
            1.2.2.3 禽畜粪便
            1.2.2.4 其他生物质能
        1.2.3 生物质衍生物概述
        1.2.4 糠醛研究背景
            1.2.4.1 糠醛概述
            1.2.4.2 糠醛加氢制环戊酮研究现状
        1.2.5 香兰素研究背景
            1.2.5.1 香兰素概述
            1.2.5.2 香兰素加氢脱氧研究现状
        1.2.6 5-羟甲基糠醛研究背景
            1.2.6.1 5-羟甲基糠醛概述
            1.2.6.2 5-羟甲基糠醛加氢脱氧研究现状
    1.3 层状双金属氢氧化物材料概述
        1.3.1 层状双金属氢氧化物类材料结构特点与性质
            1.3.1.1 层状双金属氢氧化物的结构特征
            1.3.1.2 层状双金属氢氧化物的性质
        1.3.2 常见的层状双金属氢氧化物的合成方法
            1.3.2.1 低过饱和度法
            1.3.2.2 高过饱和度法
            1.3.2.3 成核晶化隔离法
            1.3.2.4 水热法
            1.3.2.5 原位生长法
            1.3.2.6 其他方法
        1.3.3 层状双金属氢氧化物类材料在催化领域的应用
            1.3.3.1 直接用于催化反应
            1.3.3.2 用作催化剂载体
            1.3.3.3 用作催化剂前体
    1.4 双金属催化剂概述
        1.4.1 双金属催化剂简介
        1.4.2 双金属催化剂在生物质催化领域的应用
            1.4.2.1 生物质水相重整
            1.4.2.2 甘油催化转化
            1.4.2.3 纤维素、半纤维素及其衍生物催化转化
            1.4.2.4 木质素及其衍生物催化转化
        1.4.3 面临的挑战及展望
    1.5 本论文研究内容
        1.5.1 论文选题意义
        1.5.2 论文研究思路及内容
    参考文献
第二章 实验部分
    2.1 试剂和药品
    2.2 样品表征
        2.2.1 X射线粉末衍射(XRD)
        2.2.2 等离子耦合发射光谱(ICP-AES)
        2.2.3 低温氮气物理吸脱附表征(BET)
        2.2.4 同步辐射X射线吸收谱(XAS)
        2.2.5 扫描电子显微镜(SEM)
        2.2.6 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)
        2.2.7 高角环形暗场像-扫描透射电镜(HADDF-STEM)
        2.2.8 X-射线光电子能谱(XPS)
        2.2.9 程序升温还原(H2-TPR)
        2.2.10 程序升温脱附(TPD)
        2.2.11 傅里叶变换原位红外光谱(in situ FT-IR)
        2.2.12 拉曼光谱(Raman)
        2.2.13 荧光发射光谱分析(PL)
        2.2.14 活性铜分散度测定
        2.2.15 活性镍、钴分散度测定
        2.2.16 NiCu双金属催化剂分散度测定
    2.3 产物分析
        2.3.1 气相色谱质谱联用仪(GC-MS)
        2.3.2 气相色谱(GC)
    参考文献
第三章 表面改性镍铜双金属催化剂的构筑及其糠醛水合重排性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 NiCu/Al_2O_3催化剂的制备
        3.2.2 催化评价
        3.2.3 红外吸附实验
        3.2.4 DFT理论计算
    3.3 催化剂结构与性质探究
        3.3.1 前体和催化剂的晶体结构
        3.3.2 催化剂氧化还原性能
        3.3.3 催化剂的原子构型
        3.3.4 催化剂的微观形貌
        3.3.5 催化剂的表面元素状态
        3.3.6 催化剂的表面酸性分析
        3.3.7 催化剂氢气吸附能力
    3.4 催化性能评价
        3.4.1 NiCu系列双金属催化剂糠醛重排性能评价
        3.4.2 对比样品催化剂糠醛重排性能评价
        3.4.3 NiCu系列双金属催化剂中间产物糠醇重排性能评价
        3.4.4 TOF值的计算
        3.4.5 催化剂稳定性测试
    3.5 催化机理探究
        3.5.1 糠醛在催化剂表面吸附行为研究
        3.5.2 催化剂表面精细结构探究
        3.5.3 醛基类生物质加氢推广应用及前景展望
    3.7 本章小结
    参考文献
第四章 氧缺陷促进的钴镍双金属催化剂的构筑及其香兰素加氢脱氧性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 催化剂制备
        4.2.2 催化评价
        4.2.3 原位红外吸附实验
        4.2.4 DFT理论计算
    4.3 催化剂结构与性质探究
        4.3.1 水滑石前体晶体结构及形貌分析
        4.3.2 氧化物还原性能
        4.3.3 催化剂结构分析
        4.3.4 催化剂表面性质分析
        4.3.5 催化剂缺陷结构分析
    4.4 香兰素加氢脱氧性能测试
        4.4.1 单一氢源的香兰素加氢脱氧
        4.4.2 双氢源协同的香兰素加氢脱氧
    4.5 香兰素加氢脱氧机理探究
        4.5.1 催化活性来源探究
        4.5.2 底物吸附构型与官能团活化探究
        4.5.3 香兰素及其中间产物的吸附构型DFT模拟
    4.6 本章小结
    参考文献
第五章 钴铁双金属催化剂的构筑及其5-羟甲基糠醛转移加氢性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 CoFe双金属催化剂的制备
        5.2.2 催化评价
        5.2.3 红外吸附实验
    5.3 催化剂结构与性质分析
        5.3.1 水滑石前体的晶体结构分析
        5.3.2 催化剂的晶体结构分析
        5.3.3 水滑石前体和催化剂的宏观形貌探究
        5.3.4 氧化物还原性能测试
        5.3.5 催化剂表面元素状态
    5.4 转移加氢性能研究
        5.4.1 5-羟甲基糠醛转移加氢性能
        5.4.2 氢源对性能的影响
        5.4.3 糠醛的转移加氢性能
        5.4.4 催化机理探究
    5.5 本章小结
    参考文献
第六章 结论与展望
论文创新点
附录
研究成果及发表的学术论文
致谢
作者与导师简介
附件



本文编号：3177467