固体碱的制备及催化乙醇转丁醇的性能研究

发布时间：2017-07-19 19:16

  本文关键词：固体碱的制备及催化乙醇转丁醇的性能研究

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【摘要】：固体碱材料因其对环境友好、且在温和条件下表现出良好的催化活性而受到学术界的广泛关注。镁铝复合氧化物具有中等碱强度和弱酸性,在乙醇催化制备丁醇的体系中表现出良好的催化活性。本文第一部分采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,氨水为沉淀剂,酒石酸为络合助剂,以硝酸镁和硝酸铝为原料制备了4种不同Mg/Al比例的镁铝复合氧化物。所得样品通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外(FTIR)、氮气吸脱附实验、热重(TG)、CO_2-TPD和NH_3-TPD等对其结构性质进行了表征。结果表明,酒石酸辅助CTAB导向介孔结构,特别是酒石酸的加入有效限制了镁铝复合氧化物的颗粒大小,从而堆积形成介孔结构。所得镁铝氧化物的比表面积在160 m~2g~(-1)左右,孔体积约为0.6 cm~3g~(-1),孔径分布较为均匀。通过固定床催化装置考查了其催化乙醇转丁醇的性能,乙醇转化率达到64.0%,丁醇的选择性达78.0%。第二部分以拟薄水铝石Al_2O_3·nH_2O(n=0.08-0.62)为载体,通过与碱(碱土)金属硝酸盐,CTAB和柠檬酸混合塑型、焙烧后得到条形的负载碱(碱土)金属氧化物的介孔γ-Al2O3催化剂。该方法操作简单,反应条件温和,特别是一步成型制备出条状催化剂,更加适于工业化生产。本章共考查了K、Ca、Na、Mg四种碱(碱土)金属氧化物对乙醇转丁醇的影响,结果表明,氧化钾和氧化钙修饰的氧化铝表现出较好的催化活性,乙醇转化率可达28.5%,丁醇选择性达到59.7%。第三部分以酒石酸钠为络合剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为软模板剂,分别以尿素和氨水作为沉淀剂,通过水热沉淀法制备了介孔MgO。酒石酸根与镁离子的络合限制了氧化镁的颗粒尺寸,从而形成了纳米级的氧化镁颗粒并堆积形成介孔结构。通过X射线粉末衍射(XRD),傅里叶红外光谱(FT-IR),透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM)与N_2等温吸附等对材料的结构及形貌进行了表征。结果表明,所得介孔氧化镁的介孔结构是由氧化镁一级颗粒尺寸所决定的。以尿素为沉淀剂时,制得的氧化镁的颗粒尺寸为20nm左右,堆积形成的介孔孔径为10nm,比表面积达到131 m~2·g~(-1);而以氨水为沉淀剂时,所得氧化镁的颗粒在40nm左右,堆积形成的介孔氧化镁的最可几孔径为38nm,比表面积为101m~2·g~(-1)。
【关键词】：乙醇 丁醇 镁铝复合氧化物 固体碱 介孔氧化镁
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 固体碱及介孔固体碱简介8
• 1.2 固体碱用于催化乙醇转丁醇8-12
• 1.2.1 现代Guerbet醇缩合机理与相应催化方法9-12
• 1.2.1.1 β-H脱水机理与该机理的运用9-10
• 1.2.1.1.1 β-H脱水机理与NaX的改性9
• 1.2.1.1.2 MgO催化剂9
• 1.2.1.1.3 Ni/γ-Al_2O_3催化剂9-10
• 1.2.1.2 固体催化剂表面酸碱中心催化下的Guerbet反应机理及其应用10-12
• 1.2.1.2.1 镁铝复合氧化物催化剂10
• 1.2.1.2.2 羟基磷灰石（Ca-HAP）与磷酸锶羟基磷灰石（Sr-HAP）10-12
• 1.2.1.2.3 Na/ZrO_2催化剂12
• 1.3 本课题选题的意义和创新点12-13
• 1.4 本课题的主要研究内容13-14
• 第二章 实验仪器、药品及表征方法14-17
• 2.1 实验仪器14
• 2.2 实验药品14-15
• 2.3 表征方法15-16
• 2.3.1 X-射线粉末衍射（XRD）表征15
• 2.3.2 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征15
• 2.3.3 比表面和孔径分析15
• 2.3.4 扫描电子显微镜（SEM）表征15
• 2.3.5 透射电子显微镜（TEM）表征15
• 2.3.6 差热及热失重（TG-DTA）分析15-16
• 2.3.7 CO_2（NH_3）的程序升温化学脱除（CO_2-TPD和NH_3-TPD）16
• 2.4 材料的催化活性实验16-17
• 第三章 镁铝复合氧化物的制备及催化运用17-26
• 3.1 引言17
• 3.2 材料制备17
• 3.3 材料表征17
• 3.4 催化实验17
• 3.5 结果与讨论17-24
• 3.6 结论24-26
• 第四章 MxOy（M=K、Ca、Na、Mg）/γ-Al_2O_3的制备及催化运用26-35
• 4.1 引言26
• 4.2 材料制备26
• 4.2.1 KxOy/γ-Al_2O_326
• 4.2.2 MxOy（M= Ca、Na、Mg）/γ-Al_2O_326
• 4.3 材料表征26
• 4.4 催化实验26-27
• 4.5 结果与讨论27-34
• 4.5.1 KxOy/γ-Al_2O_327-31
• 4.5.2 MxOy（M= Ca、Na、Mg）/γ-Al_2O_331-34
• 4.6 结论34-35
• 第五章 共模板剂导向水热沉淀法制备介孔氧化镁35-50
• 5.1 引言35-36
• 5.2 材料制备36
• 5.3 表征实验36
• 5.4 结果与讨论36-48
• 5.4.1 尿素为沉淀剂制备介孔氧化镁36-43
• 5.4.2 氨水为沉淀剂制备介孔氧化镁43-48
• 5.5 结论48-50
• 全文结论50-51
• 参考文献51-57
• 附录 157-60
• 在校期间研究成果60-61
• 致谢61

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本文编号：564425