负载型ZSM-5催化剂用于正己醇催化氧化反应的研究

发布时间：2017-08-27 21:38

  本文关键词：负载型ZSM-5催化剂用于正己醇催化氧化反应的研究

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【摘要】：正己醛作为有机中间体,是合成香料等有机物的重要原料,目前合成正己醛的方法中,正己醇的催化氧化法因高效且操作简便而受到广泛关注。本文以ZSM-5为载体,采用等体积浸渍法制备负载金属氧化物的催化剂,将其用于正己醇催化氧化合成正己醛的反应当中,考察改性后催化剂催化性能的变化,并通过XRD、BET、SEM、FT-IR、 TG、NH3-TPD等表征手段分析催化剂的微观结构和理化特性,对催化性能的变化予以解释。文章主要研究内容如下：ZSM-5分子筛因具有独特的孔结构和活性中心表现出一定的催化活性。在其上负载例如Cr、Al、Bi、Mg等金属的氧化物都会提升催化剂的活性。这是因为负载的金属氧化物会增强催化剂的表面酸性,提高活性中心数目,利于反应的进行,当负载Cr_2O_3时效果最佳。Cr_2O_3的负载量和焙烧温度的不同都会影响Cr_2O_3/ZSM-5的催化性能。适宜的负载量和焙烧温度可以保持催化剂原本较大的比表面积,孔容和孔径,增强催化剂表面的酸性,提升活性中心数目,并使Cr_2O_3高度分散在ZSM-5的表面和孔道中,为正己醇分子和氧分子的吸附提供丰富的通道,促使反应的进行,表现出更好的催化活性。负载量过少,催化效果不明显,负载量过多会导致过多的Cr_2O_3聚集成团堵塞催化剂孔道阻碍物质之间的交换。焙烧温度过低不能达到焙烧效果,过高则会使金属氧化物烧结而降低催化活性。当负载量为5%,焙烧温度为500℃时Cr_2O_3/ZSM-5催化效果最好。向Cr_2O_3/ZSM-5上负载Bi_2O_3,制备双组分金属氧化物负载的催化剂’,可以有效提高催化活性。这是因为Bi_2O_3的负载可以提升Cr_2O_3在ZSM-5上的分散程度,并且为催化剂提供必要的活性中心,使反应物更好的与活性位点结合,促进反应的进行,表现出更好的催化活性。此时5%Cr_2O_3-2% Bi_2O_3/ZSM-5对正己醇的转化率为22.3%,正己醛的收率和选择性为8.7%和39.1%。通过优化正己醇催化氧化正己醛反应中的工艺条件,来提高5%Cr_2O_3-2% Bi_2O_3/ZSM-5的催化性能。优化后的工艺条件为：反应温度140℃、反应时间5h,催化剂投加量为30ml正己醇对应1g催化剂。对催化剂稳定性的研究中发现,重复使用3次的5%Cr_2O_3-2% Bi_2O_3/ZSM-5虽然催化活性有所下降,但依旧保持较高的性能。此时正己醇的转化率为23.3%,正己醛的收率和选择性分别为7.1%和30.5%。
【关键词】：金属氧化物 正己醛 负载 活性中心
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ225.125
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 醇类催化氧化11-16
• 1.1.1 钌系催化剂11-12
• 1.1.2 钯系催化剂12-13
• 1.1.3 钼钨催化剂13-14
• 1.1.4 钴系催化剂14-15
• 1.1.5 其他催化剂15-16
• 1.2 ZSM-5分子筛16-18
• 1.2.1 ZSM-5结构16
• 1.2.2 ZSM-5的合成16-17
• 1.2.3 ZSM-5的应用17-18
• 1.2.4 ZSM-5的前景18
• 1.3 正己醛的合成18-19
• 1.3.1 己酸钙制备18
• 1.3.2 溴代烷制备18-19
• 1.3.3 氯代烷制备19
• 1.3.4 催化脱氢法19
• 1.3.5 催化氧化法19
• 1.4 课题研究思路和方法19-20
• 1.4.1 研究思路19-20
• 1.4.2 研究方法20
• 1.5 研究内容20-21
• 第二章 实验部分21-27
• 2.1 实验试剂及仪器21-22
• 2.1.1 实验仪器21
• 2.1.2 实验试剂21-22
• 2.2 催化剂的制备22
• 2.2.1 载体预处理22
• 2.2.2 制备方法22
• 2.3 催化剂性能评价22-24
• 2.3.1 实验原理22-23
• 2.3.2 实验装置和方法23
• 2.3.3 反应产物检测和数据处理23-24
• 2.4 催化剂表征24-27
• 2.4.1 X-射线粉末衍射24
• 2.4.2 扫描电镜24-25
• 2.4.3 傅里叶红外光谱25
• 2.4.4 N_2吸附-脱附25
• 2.4.5 热重25
• 2.4.6 氨程序升温脱附25-27
• 第三章 负载型催化剂催化性能27-53
• 3.1 引言27
• 3.2 单组分活性金属的筛选27-35
• 3.2.1 不同金属负载催化剂的催化性能28-29
• 3.2.2 不同金属负载的催化剂表征29-34
• 3.2.3 本节小结34-35
• 3.3 不同负载量对催化剂性能的影响35-40
• 3.3.1 不同负载量催化剂性能35-36
• 3.3.2 不同负载量催化剂表征36-39
• 3.3.3 本节小结39-40
• 3.4 焙烧温度对催化剂性能影响40-45
• 3.4.1 不同焙烧温度催化剂催化性能40-42
• 3.4.2 不同焙烧温度催化剂表征42-45
• 3.4.3 本节小结45
• 3.5 双组分负载催化剂催化性能45-53
• 3.5.1 制备负载双组分金属氧化物催化剂46
• 3.5.2 双组分负载催化剂的催化性能46-47
• 3.5.3 负载量对催化性能的影响47-48
• 3.5.4 双组分负载催化剂的表征48-52
• 3.5.5 本节小结52-53
• 第四章 工艺条件优化和反应动力学53-63
• 4.1 反应温度53-54
• 4.2 反应时间54-55
• 4.3 催化剂投加量55-56
• 4.4 稳定性测试56-59
• 4.4.1 反应条件56
• 4.4.2 回收方法56
• 4.4.3 催化性能56
• 4.4.4 回收催化剂的表征56-59
• 4.5 反应动力学59-62
• 4.5.1 动力学模型59-60
• 4.5.2 动力学分析60-62
• 4.6 本章小结62-63
• 全文总结和展望63-65
• 总结63-64
• 展望64
• 创新64-65
• 参考文献65-71

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本文编号：746000