蒽醌加氢和蒽醌降解物再生催化剂制备及性能研究

发布时间：2017-07-14 00:31

  本文关键词：蒽醌加氢和蒽醌降解物再生催化剂制备及性能研究

  更多相关文章： 蒽醌加氢 葸醌降解物再生 LDHs Ni/Al_2O_3催化剂 固体碱催化剂

【摘要】：过氧化氢(H_2O_2)是一种重要的无机化学品,被广泛应用于纸浆和织物漂白、化学品合成和环境保护等领域,随过氧化氢应用领域的不断拓宽,需求量也在持续增加。目前,蒽醌法是制备过氧化氢的主要方法,制备流程主要由以下几步组成：蒽醌与氢气反应生成氢蒽醌和四氢氢蒽醌,通过氧气或空气氧化转变为蒽醌和四氢蒽醌(统称为有效蒽醌),同时生成产品过氧化氢。然而,在蒽醌氢化和氧化过程中,部分蒽醌分子发生结构变化,转变为不具备过氧化氢生成能力的蒽醌降解物,降解物的形成将影响产品过氧化氢的质量。目前,工业上使用的蒽醌加氢催化剂主要为负载型Pd催化剂和兰尼镍催化剂,Pd催化剂在蒽醌加氢反应中表现出优良的活性和选择性,但Pd价格昂贵、资源稀缺；兰尼镍催化剂容易被工作液中的过氧化氢毒化,具有可燃性且失效后难以重复使用和处理,很大程度上限制了兰尼镍催化剂的使用,因此研究新型的催化剂制备方法以获得高活性和高选择性的非贵金属催化剂,引起了学者的广泛关注。本论文以镍铝层状复合金属氢氧化物(NiAl-CO_3-LDHs)为前驱体,制备了系列不同Ni/Al原子比(2：1-4：1)的Ni/Al_2O_3催化剂,并将其应用于蒽醌加氢反应中,考察了还原温度和Ni/Al原子比对催化剂蒽醌加氢性能的影响。研究结果表明,当Ni/Al原子比为2：1,还原温度为500℃时,Ni/Al_2O_3催化剂蒽醌加氢性能最高。随Ni/Al原子比的增加,催化剂蒽醌加氢性能降低。此外,重点考察了助剂(Fe、La和Zr)修饰对Ni/Al_2O_3-2:1催化剂结构和蒽醌加氢性能的影响。结果表明,助剂的添加显著提高了Ni/Al_2O_3-2:1催化剂的蒽醌加氢活性和选择性,且助剂La修饰的催化剂表现出最高的加氢活性和选择性。活性的提高可归因于助剂的添加减小了Ni颗粒的平均粒径并促进活性组分Ni的高分散。选择性的提高是由于助剂的电子效应,使Ni表面电子云密度增大,减弱了催化剂对蒽醌加氢产物的吸附。进一步考察了助剂La掺杂量对Ni/Al_2O_3-2:1催化剂蒽醌加氢性能的影响。结果表明,La修饰的Ni/Al_2O_3-2:1催化剂蒽醌加氢活性均得到提高。当La掺杂量为2%时,与Ni/Al_2O_3-2:1催化剂相比,催化剂蒽醌加氢活性提高了20.7%,并表现出最高的蒽醌加氢选择性。当La掺杂量进一步提高,蒽醌加氢性能降低,可能原因为催化剂的活性中心被镧物种覆盖。目前工业上使用的蒽醌降解物再生催化剂为浸渍法制备的NaOH/y-Al_2O_3催化剂,其存在再生效果不好,使用寿命短等问题。本文以具有高比表面和丰富孔结构的球形y-Al_2O_3为载体,采用水热合成法在其表面原位生长了CaAl-NO_3-LDHs前驱体,焙烧后制得CaAl-MMO/y-Al_2O_3固体碱再生催化剂(MMO：复合金属氧化物)。通过XRD、SEM、BET和CO2-TPD等手段对催化剂的晶体结构、微观形貌、比表面积和表面碱量进行表征,并考察了CaAl-MMO/y-Al_2O_3固体碱催化剂的蒽醌降解物再生性能。研究结果表明,当CaO负载量为20 wt%时,与浸渍法制备的0.20-CaO/y-Al_2O_3再生催化剂相比,CaAl-MMO/y-Al_2O_3催化剂的蒽醌再生活性提升了77%。
【关键词】：蒽醌加氢 葸醌降解物再生 LDHs Ni/Al_2O_3催化剂 固体碱催化剂
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-17
• 第一章 绪论17-35
• 1.1 过氧化氢概述17
• 1.2 过氧化氢的制备方法17-18
• 1.3 蒽醌法制过氧化氢的原理及工艺18-19
• 1.4 蒽醌加氢催化剂19-24
• 1.4.1 催化剂活性组分的分类19-21
• 1.4.2 催化剂载体的分类21-23
• 1.4.3 助催化剂的分类23-24
• 1.5 蒽醌降解物再生催化剂24-26
• 1.5.1 蒽醌降解物的生成及转化机理24-25
• 1.5.2 蒽醌降解物再生催化剂25-26
• 1.6 层状复合金属氢氧化物(LDHs)概述26-31
• 1.6.1 层状复合金属氢氧化物的结构26-27
• 1.6.2 层状复合金属氢氧化物的性质27-28
• 1.6.3 层状复合金属氢氧化物的制备28-29
• 1.6.4 层状复合金属氢氧化物中在催化领域的应用29-31
• 1.7 本课题的研究意义及研究内容31-35
• 1.7.1 本课题的研究意义31-32
• 1.7.2 本课题的研究内容32-35
• 第二章 实验部分35-43
• 2.1 实验原料35-36
• 2.2 实验内容36-37
• 2.2.1 蒽醌加氢催化剂制备36-37
• 2.2.2 蒽醌再生催化剂制备37
• 2.3 样品的分析和表征37-40
• 2.3.1 X射线粉末衍射分析37-38
• 2.3.2 扫描电子显微镜分析38
• 2.3.3 透射电子显微镜分析38
• 2.3.4 X射线光电子能谱分析38
• 2.3.5 比表面-孔结构分析38-39
• 2.3.6 程序升温还原分析39
• 2.3.7 程序升温脱附分析39
• 2.3.8 活性组分分散度分析39-40
• 2.3.9 表面碱性分析40
• 2.3.10 工作液组成分析40
• 2.4 催化剂性能评价40-43
• 2.4.1 蒽醌加氢催化剂活性评价40-41
• 2.4.2 蒽醌加氢催化剂选择性评价41-42
• 2.4.3 蒽醌降解物再生催化剂性能评价42-43
• 第三章 NiAl-LDHs前驱体法高分散Ni/Al_2O_3催化剂制备及蒽醌加氢性能研究43-55
• 3.1 前言43
• 3.2 NiAl-LDHs前驱体的结构与形貌表征43-47
• 3.2.1 NiAl-LDHs前驱体的晶体结构43-44
• 3.2.2 NiAl-LDHs前驱体的微观形貌44-45
• 3.2.3 焙烧产物NiAl-MMO样品的比表面和孔结构分析45-47
• 3.3 Ni/Al_2O_3催化剂的蒽醌加氢性能评价47-52
• 3.3.1 还原温度对Ni/Al_2O_3催化剂加氢性能的影响47-49
• 3.3.2 Ni/Al原子比对Ni/Al_2O_3催化剂加氢性能的影响49-52
• 3.4 小结52-55
• 第四章 助剂修饰的Ni/Al_2O_3催化剂结构表征及蒽醌加氢性能研究55-71
• 4.1 前言55
• 4.2 助剂修饰的NiAl-LDHs前驱体的结构与形貌表征55-57
• 4.2.1 助剂修饰NiAl-LDHs前驱体的晶体结构55-56
• 4.2.2 助剂修饰NiAl-LDHs前驱体的微观形貌56-57
• 4.3 助剂修饰Ni/Al_2O_3加氢催化剂的结构表征57-63
• 4.3.1 助剂修饰NiAl-MMO样品的比表面和孔结构分析57-58
• 4.3.2 助剂修饰Ni/Al_2O_3催化剂的结构和分散度58-60
• 4.3.3 助剂修饰NiAl-MMO催化剂前驱体的还原性质60-62
• 4.3.4 助剂修饰Ni/Al_2O_3催化剂的XPS分析62-63
• 4.4 助剂修饰Ni/Al_2O_3催化剂的蒽醌加氢性能评价63-64
• 4.4.1 助剂修饰Ni/Al_2O_3催化剂的加氢活性63
• 4.4.2 助剂修饰Ni/Al_2O_3催化剂的加氢选择性63-64
• 4.5 镧掺杂量对Ni/Al_2O_3催化剂结构和蒽醌加氢性能的影响64-68
• 4.5.1 La修饰NiAl-LDHs前驱体的晶体结构64-65
• 4.5.2 La修饰NiAl-LDHs前驱体的微观形貌65-66
• 4.5.3 La修饰NiAl-MMO样品的比表面和孔结构分析66-67
• 4.5.4 La修饰Ni/Al_2O_3催化剂的加氢性能67-68
• 4.6 小结68-71
• 第五章 CaAl-MMO/γ-Al_2O_3固体碱再生催化剂结构表征及性能研究71-81
• 5.1 前言71
• 5.2 CaAl-LDHs/γ-Al_2O_3再生催化剂前驱体的结构表征71-73
• 5.2.1 CaAl-LDHsγ-Al_2O_3前驱体的晶体结构71-72
• 5.2.2 CaAl-LDHs/γ-Al_2O_3前驱体的微观形貌72-73
• 5.3 CaAl-MMO/γ-Al_2O_3再生催化剂的结构表征73-76
• 5.3.1 CaAl-MMOγ-Al_2O_3催化剂的晶体结构73
• 5.3.2 CaAl-MMO/γ-Al_2O_3催化剂的比表面和孔结构分析73-75
• 5.3.3 CaAl-MMO/γ-Al_2O_3催化剂的表面碱性分析75-76
• 5.4 CaAl-MMOγ-Al_2O_3再生催化剂的性能评价76-79
• 5.5 小结79-81
• 第六章 结论81-83
• 本论文创新点83-85
• 参考文献85-93
• 研究成果及学术论文93-95
• 致谢95-97
• 作者及导师简介97-98
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书98-99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 胡长诚;;国内外过氧化氢制备与应用研发新进展[J];化学推进剂与高分子材料;2011年01期

2 米万良;苏庆泉;王亚权;;载体对Ni基催化剂催化蒽醌加氢活性的影响[J];工业催化;2008年12期

3 王寰,李伟,张明慧,陶克毅;KBH_4还原法制备超细Pd/-γAl_2O_3催化剂及其在蒽醌加氢反应中的应用[J];催化学报;2005年10期

4 胡长诚;过氧化氢在环境保护方面的应用[J];无机盐工业;2005年04期

5 侯永江,王亚权,韩森,米镇涛,吴巍,闵恩泽;非负载镍催化剂的2-乙基蒽醌加氢活性及其氢吸脱附性质[J];催化学报;2004年02期

6 谭君,韩家旺,刘纯山;蒽醌法制过氧化氢的高负载Ni催化剂[J];石油化工;2003年07期

7 陈群来;蒽醌法生产过氧化氢中降解物的生成和再生[J];无机盐工业;2002年05期

8 赵克,李书显;双氧水的生产方法与应用[J];氯碱工业;2000年11期

，

本文编号：538978