氧化锆负载Cu、PtAu催化甘油制备乳酸

发布时间：2017-07-25 19:36

  本文关键词：氧化锆负载Cu、PtAu催化甘油制备乳酸

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【摘要】：乳酸在食品、医药等行业应用广泛,是制备聚乳酸的原料。目前商业化生产的乳酸以发酵工艺为主,其主要原料为碳水化合物。然而,这一过程效率低、周期长。因此,利用生产生物柴油的副产物甘油制备乳酸有较强的现实意义。本论文选用氧化锆作为载体,氧化铜为活性组分,分别使用沉积沉淀法、共沉淀法、浸渍法制备出CuO/ZrO_2催化剂。选用双金属PtAu为活性组分,用溶胶沉积法、浸渍法制备出PtAu/ZrO_2双金属催化剂。制备出的催化剂用于甘油制备乳酸的反应中。通过BET、XRD、H_2-TPR、XPS、TEM、AAS等表征手段对所制备催化剂进行分析。本文制备出的CuO/ZrO_2催化剂在甘油水溶液中进行活性测试,考察不同负载量、不同时间、不同温度、不同浓度和压力对乳酸产率的影响。结果表明当负载量为30 wt%,催化剂30%CuO/ZrO_2活性最佳。在条件为10 mL浓度为1.4 M甘油碱溶液(GLY/NaOH=1mol/mol),氮气初始压力1.4 MPa,温度180℃,时间8 h,0.2 g催化剂作用下,乳酸产率为94.6%。还利用BET、XRD、XPS等手段对循环后的催化剂进行分析,说明催化剂失活主要是因为在循环使用过程中Cu活性中心发生迁移和聚集所致。通过变换反应气氛、改变底物的方式推测出在CuO/ZrO_2催化剂体系下的反应机理,甘油催化生成甘油醛后脱水生成丙酮醛,丙酮醛通过Cannizzaro反应生成乳酸。本文制备出PtAu/ZrO_2催化剂负载金属尺寸2-3 nm。考察相同负载量不同PtAu比例、不同反应温度对乳酸产率的影响。其中,使用0.132 g, (1:1)PtAu/ZrO_2催化剂,在反应温度、氮气初始压力、时间分别为160℃、1.4MPa、6h,甘油浓度1.1 M, 10L甘油碱溶液中活性最佳。此时甘油转化率89.9%,乳酸选择性93.7%。还利用TEM、XPS、AAS等手段对循环后的催化剂进行分析,证明催化剂失活原因一方面是催化剂表面金属颗粒长大,另一方面是贵金属的流失。
【关键词】：甘油 乳酸 氧化锆 氧化铜 PtAu双金属催化剂
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 甘油催化的研究背景及意义10-13
• 1.1.1 生物柴油的应用及其发展现状10-12
• 1.1.2 生物柴油副产物甘油12-13
• 1.2 乳酸的生产13-16
• 1.2.1 乳酸的应用13-14
• 1.2.2 乳酸制备方法进展14-16
• 1.3 甘油制备乳酸的研究16-19
• 1.3.1 均相催化法16-17
• 1.3.2 非均相催化法17-19
• 1.4 氧化锆材料的合成和应用19-21
• 1.4.1 氧化锆材料的合成方法19-20
• 1.4.2 氧化锆材料的应用20-21
• 1.5 论文的立题依据和研究内容21-24
• 1.5.1 立题依据21-22
• 1.5.2 本论文主要研究内容22-24
• 第2章 实验部分24-32
• 2.1 实验所用的主要试剂和仪器24-26
• 2.1.1 实验中所用到的主要试剂24
• 2.1.2 实验中所用到的主要仪器24-26
• 2.2 仪器分析及方法26-28
• 2.2.1 X射线衍射分析(XRD)26
• 2.2.2 催化剂以及载体比表面和孔径分析(BET)26
• 2.2.3 透射电子显微镜的分析(TEM)26-27
• 2.2.4 场发射透射电子显微镜分析27
• 2.2.5 环境扫描电子显微镜分析(SEM)27
• 2.2.6 CO吸附原位红外光谱分析(CO-FTIR)27-28
• 2.2.7 X光电子能谱分析(XPS)28
• 2.2.8 程序升温还原分析(H2-TPR)28
• 2.2.9 原子吸收分光光度计分析(AAS)28
• 2.3 催化剂的活性评价28-31
• 2.3.1 甘油催化转化实验29-30
• 2.3.2 高效液相色谱分析条件(HPLC)30
• 2.3.3 校正因子的测定30-31
• 2.4 催化反应产物定量计算方法31-32
• 第3章 氧化锆负载氧化铜催化甘油制备乳酸32-54
• 3.1 引言32-33
• 3.2 载体ZrO_2制备33
• 3.3 催化剂制备方法33-34
• 3.3.1 沉积沉淀法制备催化剂33
• 3.3.2 共沉淀法制备催化剂33-34
• 3.3.3 浸渍法制备催化剂34
• 3.4 催化剂的表征分析34-39
• 3.4.1 催化剂BET分析34-35
• 3.4.2 催化剂的原子吸收及CuO粒径计算35-36
• 3.4.3 催化剂的XRD分析36-37
• 3.4.4 催化剂的H_2-TPR分析37-38
• 3.4.5 催化剂XPS分析38-39
• 3.5 催化剂活性测试39-46
• 3.5.1 不同负载量及制备方法对催化剂活性的影响39-40
• 3.5.2 反应温度对反应产物产率的影响40-41
• 3.5.3 反应时间对催化剂性能的影响41
• 3.5.4 反应压力对乳酸选择性的影响41-42
• 3.5.5 甘油浓度对甘油转化率的影响42-43
• 3.5.6 氧气气氛对反应产物的影响43-44
• 3.5.7 催化剂的循环反应44-46
• 3.6 循环后催化剂的表征分析46-50
• 3.6.1 循环后催化剂物理化学性质46-47
• 3.6.2 循环后催化剂XPS分析47-49
• 3.6.3 循环后催化剂XRD分析49-50
• 3.7 CuO/ZrO_2催化剂催化反应机理50-52
• 3.8 本章小结52-54
• 第4章 氧化锆负载PtAu合金催化甘油制备乳酸54-76
• 4.1 引言54-55
• 4.2 载体氧化锆制备55
• 4.3 催化剂制备55-56
• 4.3.1 溶胶沉积法制备催化剂55
• 4.3.2 浸渍法制备催化剂55-56
• 4.4 催化剂的表征分析56-65
• 4.4.1 催化剂BET分析56
• 4.4.2 催化剂原子吸收分析56-57
• 4.4.3 催化剂的XRD分析57-58
• 4.4.4 催化剂的CO-FTIR表征58-59
• 4.4.5 催化剂的XPS分析59-62
• 4.4.6 催化剂的TEM表征62-64
• 4.4.7 催化剂的高分辨表征(HRTEM)64-65
• 4.5 催化剂活性测试65-69
• 4.5.1 不同制备方法的催化剂对甘油催化活性的影响65-67
• 4.5.2 温度为140℃不同Pt/Au比对甘油催化活性的影响67
• 4.5.3 催化剂的循环反应67-69
• 4.6 循环后催化剂的表征分析69-73
• 4.6.1 循环后催化剂原子吸收分析69-70
• 4.6.2 循环后催化剂XPS分析70-71
• 4.6.3 循环后催化剂TEM分析71-73
• 4.7 本章小结73-76
• 第5章 全文总结76-78
• 参考文献78-86
• 致谢86-88
• 攻读硕士学位期间科研成果88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王常文;崔方方;宋宇;;生物柴油的研究现状及发展前景[J];中国油脂;2014年05期

2 忻耀年;生物柴油的发展现状和应用前景[J];中国油脂;2005年03期

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本文编号：572960