蓖麻油裂解制癸二酸催化剂氧化铁掺杂改性的研究

发布时间：2017-09-20 05:30

  本文关键词：蓖麻油裂解制癸二酸催化剂氧化铁掺杂改性的研究

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【摘要】：癸二酸是一种重要的化工原料,主要通过高温催化裂解蓖麻油制备而得,被用于生产优质工程塑料、耐高温型润滑油、化妆品、添加剂和表面活性剂等。为了解决癸二酸传统制备工艺中四氧化三铅催化剂引起的产品污染问题,本实验室研制了以氧化铁为催化剂的清洁生产工艺。然而,反应工艺温度条件较为苛刻,本文尝试对氧化铁催化剂进行掺杂改性,探索较低温度条件下裂解蓖麻油制备癸二酸的工艺。掺杂不同金属离子对Fe203催化剂进行改进,并在较低温度条件下检测其催化性能,结果表明掺杂6%镁离子改性后的催化剂对裂解蓖麻油制备癸二酸反应的催化活性最高。该催化剂的最优制备条件：氨水溶液作沉淀剂,采用溶胶-凝胶法制备催化剂前躯体,焙烧温度和焙烧时间分别为600℃和4 h。对掺杂改性前后的催化剂进行XRD、SEM、EDAX、TPR表征,并对其前躯体进行DSC和TGA表征。结果表明掺杂镁离子改性前后的催化剂均为α-Fe203,掺杂6%镁离子没有改变α-Fe203的晶型,且镁离子均匀分布在催化剂中。掺杂6%镁离子改性后使催化剂的平均粒径变小,被还原温度由294℃升高至307℃,使催化剂在裂解蓖麻油制备癸二酸反应体系中的稳定性得到提高。且掺杂6%镁离子后使催化剂前躯体转化为α-Fe2O3晶型所需要的温度由400～500℃提高至500～600℃。采用掺杂改性后的催化剂,在250℃下进行裂解蓖麻油制备癸二酸反应,研究较低温度条件下裂解蓖麻油制备癸二酸工艺。结果表明：在250℃条件下,蓖麻油用量为15 mL,催化剂加入量为0.3 g,质量分数为40%的NaOH溶液用量为15 mL,稀释剂液体石蜡用量为50 mL时,与采用未掺杂改进的Fe203催化剂进行反应相比较,癸二酸的收率达到最大值的反应时间由5.0 h缩短至4.5 h,收率也由25.24%提高至39.64%。计算裂解蓖麻油制备癸二酸反应的动力学数据,比较掺杂改性前后的催化剂对该反应动力学常数的影响。结果表明：在250℃、260℃和270℃进行反应时,与未掺杂改性的催化剂相比较,采用掺杂改性后的催化剂使反应速率常数分别由0.7180 h-1、0.8020h-1、0.8864 h-1提高至0.7800 h-1、0.8276 h-1、0.8955 h-1,表观活化能由24.893 kJ/mol降低到16.235 kJ/mol。说明掺杂改性后可以提高氧化铁催化剂的活性,提高裂解反应速率,降低该反应的表观活化能,使裂解蓖麻油制备癸二酸反应在较低温度下更容易进行。
【关键词】：蓖麻油 癸二酸 氧化铁 掺杂 活化能
【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
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 文献综述10-19
• 1.1 癸二酸简介10-11
• 1.1.1 癸二酸的特性10
• 1.1.2 癸二酸的用途10-11
• 1.2 蓖麻油简介11
• 1.2.1 蓖麻油的特性11
• 1.2.2 蓖麻油的用途11
• 1.3 裂解蓖麻油制备癸二酸工艺介绍11-13
• 1.4 半导体催化剂简介13-15
• 1.4.1 半导体催化剂的特性13
• 1.4.2 半导体的分类13-14
• 1.4.3 半导体催化剂的改进方法14-15
• 1.5 氧化铁简介15-17
• 1.5.1 氧化铁的特性15
• 1.5.2 氧化铁在催化剂领域中的应用15-16
• 1.5.3 氧化铁在其它领域中的应用16-17
• 1.6 溶胶-凝胶法制备催化剂17-18
• 1.7 本课题的研究目的及内容18-19
• 1.7.1 本课题的研究目的18
• 1.7.2 本课题的研究内容18-19
• 第二章 实验部分19-31
• 2.1 实验仪器及试剂19-21
• 2.1.1 实验仪器19-20
• 2.1.2 实验试剂20-21
• 2.2 催化剂的制备及表征21-22
• 2.2.1 催化剂的制备21-22
• 2.2.2 催化剂的表征22
• 2.3 癸二酸的制备及检测22-28
• 2.3.1 癸二酸的制备22-23
• 2.3.2 癸二酸的检测23-25
• 2.3.3 产品癸二酸中铁含量的检测25-27
• 2.3.4 产品癸二酸的表征27-28
• 2.4 蓖麻油酸浓度的测定28-30
• 2.4.1 标准曲线的绘制28-29
• 2.4.2 蓖麻油酸浓度的测定29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 掺杂改性氧化铁催化剂的制备与性能研究31-49
• 3.1 催化剂的改性与制备31-38
• 3.1.1 催化剂改进方向的选择31-33
• 3.1.2 掺杂金属离子的选择33-34
• 3.1.3 金属离子掺杂量的选择34-35
• 3.1.4 沉淀剂对催化剂活性的影响35-36
• 3.1.5 焙烧温度对催化剂活性的影响36-37
• 3.1.6 焙烧时间对催化剂活性的影响37-38
• 3.2 催化剂的表征38-46
• 3.2.1 差示扫描量热和热重分析(DSC/TGA)38-40
• 3.2.2 X射线衍射分析(XRD)40-41
• 3.2.3 扫描电镜分析(SEM)41-42
• 3.2.4 X射线能谱分析(EDAX)42-45
• 3.2.5 程序升温还原分析(TPR)45-46
• 3.3 催化剂的稳定性46-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 掺杂改性氧化铁催化裂解蓖麻油制备癸二酸低温工艺研究49-59
• 4.1 反应条件的选择49-52
• 4.1.1 催化剂用量的选择49-50
• 4.1.2 碱液用量的选择50-51
• 4.1.3 稀释剂用量的选择51-52
• 4.2 掺杂改性前后催化剂的低温反应工艺比较52-53
• 4.3 产品癸二酸的表征53-57
• 4.3.1 产品癸二酸的纯化54
• 4.3.2 癸二酸含量的测定54
• 4.3.3 碱熔色度的测定54
• 4.3.4 水分含量的测定54-55
• 4.3.5 熔点的测定55
• 4.3.6 灰分含量的测定55
• 4.3.7 铁含量的测定55-56
• 4.3.8 薄层色谱分析(TLC)56
• 4.3.9 红外光谱分析(IR)56-57
• 4.3.10 产品的质量分析57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 掺杂改性氧化铁催化裂解蓖麻油酸反应动力学计算59-72
• 5.1 蓖麻油酸裂解反应机理59-60
• 5.2 典型反应级数的速率公式60-61
• 5.3 反应动力学计算61-70
• 5.3.1 反应条件61
• 5.3.2 蓖麻油酸浓度与时间关系61-66
• 5.3.3 速率常数的计算66-68
• 5.3.4 表观活化能的计算68-70
• 5.4 本章小结70-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-80
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果80-81
• 致谢81

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