大尺寸SDB疏水催化剂载体的制备及其对交换柱床层阻力的影响研究

发布时间：2017-10-07 21:19

  本文关键词：大尺寸SDB疏水催化剂载体的制备及其对交换柱床层阻力的影响研究

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【摘要】：液相催化交换(LPCE)是重水提氚、废水除氚的有效途径,而疏水催化剂是实现LPCE的关键材料。Pt/SDB疏水催化剂的催化活性高,但作为LPCE工程应用催化剂品种仍面临负载稳定性差,以及因粒径太小导致的床层阻力大及液泛等传质问题。因此,为了充分发挥催化效能,需从形状、尺寸、制备条件等改善催化剂的催化效率、负载催化稳定性及传质阻力等性能;目前所报道的催化剂的Pt负载量很低(0.1~1.0wt%),对疏水催化剂的传质阻力影响不大,因而拟采用载体SDB代替Pt/SDB进行传质阻力研究。在球状SDB载体合成研究方面,采用悬浮聚合法,以苯乙烯(St)为单体、二乙烯基苯(DVB)为交联剂,通过控制转速制备了不同尺寸的SDB载体(1.3mm、2.4mm和3.3mm),利用红外光谱仪(FT-IR)、静态水接触角(CA)、扫描电镜显微镜(SEM)、热重分析仪(TG)等分析测试了样品的结构与性能,并研究了不同尺寸的SDB与不锈钢θ填料的装填方式、装填比、装填高度、气液流速及温度对床层压力降及持液量的影响。结果表明:在n(DVB):n(St)=1:1时,SDB载体具有较高的热稳定性(420.78℃)和疏水性(145.43°),且表面光滑度随着粒径的增加而下降;不锈钢θ填料与SDB分层装的床层压力降明显大于混合装;随不锈钢θ填料与SDB体积比的增加,分层装和混合装的床层压力降均减小,在4:1之后趋于平稳;分层装的床层压力降由大到小的顺序依次为:四层装、三层装、一层装、两层装;混合装床层压力降均随着气体流速、液体流速和温度的增加而增加,而床层持液量随着气体流速的增加而减小,随着液体流速的增加而增加;对于分层装、混合装,均体现出载体粒径越小,持液量和床层压力降越大。在柱状SDB载体制备研究方面,拟采用机械法,分别以淀粉、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)为粘合剂,在一定的压力下将粉状SDB压制成柱状SDB。利用FT-IR、CA、电子万能试验仪、TG等分析测试了样品的结构与性能,并将样品与不锈钢θ填料装填进行传质阻力实验。结果表明:以PVA为粘合剂,添加量为0.401%时制备的柱状SDB载体具有较好的抗压强度(3000KPa)、疏水性(140°左右)、热稳定性和孔结构;为了降低PVA对疏水性的影响,掺入聚四氟乙烯(PTFE),其添加量为5%的柱状SDB的力学及疏水性能最佳;以该样品与填料1:4混合装,床层压力降均随着气体流速、液体流速和温度的增加而增加,且混合装床层压力降明显大于分层装。与尺寸较小的球状SDB相比,柱状SDB的床层压力降和持液量明显降低。在球状Pt/SDB催化性能研究方面,采用浸渍还原法,以球状SDB为载体制备Pt/SDB疏水催化剂。利用化学滴定法、电子万能试验仪、SEM、X射线衍射(XRD)、TG、X射线光电子能谱(XPS)、LPCE等分析测试了样品的结构、残余双键与催化活性及稳定性的关系。结果表明:残余双键的含量与交联剂DVB的用量正相关;SDB载体的抗压强度随DVB用量的增加,呈现先增加后降低的趋势,在n(DVB):n(St)为1:1时达到最大值31.087N/粒;Pt的负载量与残余双键含量正相关;在残余双键的含量最高(1.023mmol/g)时,Pt/SDB的柱效率最高(且均大于90%),质量损失程度最小,这与Pt的d轨道和残余双键及苯环上的π共轭配体形成的电子离域效应有关,且该效应随着载体残余双键的增加而增强,从而Pt/SDB的催化活性和稳定性显著提高。本文成功地制备了不同大尺寸的球状SDB,以及柱状SDB,并将它们代替Pt/SDB进行传质阻力研究,且制备的Pt/SDB疏水催化剂具有较高的催化活性及稳定性,因而本研究工作有助于Pt/SDB疏水催化剂的工程化应用。
【关键词】：球状SDB 柱状SDB 传质阻力 Pt/SDB 催化性能
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X771;O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 引言12-14
• 1.2 疏水催化剂国内外研究现状14-15
• 1.2.1 疏水催化剂国外研究现状14
• 1.2.2 疏水催化剂国内研究现状14-15
• 1.3 疏水催化剂的制备及应用15-18
• 1.3.1 疏水催化剂的制备15-17
• 1.3.2 疏水催化剂的制备17-18
• 1.4 疏水催化剂对传质阻力的影响研究18-19
• 1.4.1 床层压力降18
• 1.4.2 床层持液量18-19
• 1.5 SDB中的残余双键19
• 1.6 选题意义及主要研究内容19-21
• 1.6.1 选题意义19-20
• 1.6.2 主要研究内容20-21
• 第二章 球状SDB疏水催化剂载体的制备及传质阻力研究21-37
• 2.1 前言21-22
• 2.2 实验部分22-27
• 2.2.1 制备SDB疏水催化剂载体的实验试剂22
• 2.2.2 制备SDB疏水催化剂载体的实验仪器22-23
• 2.2.3 球状SDB疏水催化剂载体传质阻力的实验原料23
• 2.2.4 球状SDB疏水催化剂载体传质阻力的实验仪器23-24
• 2.2.5 测试方法24
• 2.2.6 实验方法24-27
• 2.3 结果与讨论27-35
• 2.3.1 球状SDB疏水催化剂载体的红外分析27-28
• 2.3.2 球状SDB疏水催化剂载体的静态水接触角测试28
• 2.3.3 球状SDB疏水催化剂载体的TG分析28-29
• 2.3.4 球状SDB疏水催化剂载体的SEM分析29-30
• 2.3.5 球状SDB与不锈钢θ填料的装填方式对床层压力降的影响30-31
• 2.3.6 球状SDB与不锈钢θ填料的装填比对床层压力降的影响31-32
• 2.3.7 球状SDB与不锈钢θ填料的分层装填高度对床层压力降的影响32-33
• 2.3.8 气液流速对床层压力降的影响33-34
• 2.3.9 温度对床层压力降的影响34
• 2.3.10 床层持液量34-35
• 2.4 小结35-37
• 第三章 柱状SDB疏水催化剂载体的制备及传质阻力研究37-56
• 3.1 前言37-38
• 3.2 实验部分38-40
• 3.2.1 柱状SDB制备实验部分38-39
• 3.2.2 柱状SDB的传质阻力实验部分39-40
• 3.2.3 测试方法40
• 3.3 结果与讨论40-51
• 3.3.1 粘合剂的选择40-44
• 3.3.2 PTFE掺量的确定44-48
• 3.3.3 柱状SDB与填料不同装填方式对床层压力降的影响48-49
• 3.3.4 气液流速对床层压力降的影响49
• 3.3.5 温度对床层压力降的影响49-50
• 3.3.6 床层持液量50-51
• 3.4 柱状SDB与球状SDB对传质阻力的影响的对比分析51-54
• 3.5 小结54-56
• 第四章 残余双键对Pt/SDB疏水催化剂的催化活性及稳定性的研究56-68
• 4.1 引言56
• 4.2 实验部分56-60
• 4.2.1 实验试剂56-57
• 4.2.2 实验仪器57-58
• 4.2.3 测试方法58
• 4.2.4 实验内容58-60
• 4.3 结果与讨论60-66
• 4.3.1 SDB载体中残余双键的含量分析60
• 4.3.2 SDB载体形貌分析60-61
• 4.3.3 SDB载体抗压强度分析61-62
• 4.3.4 Pt/SDB疏水催化剂的XRD分析62-63
• 4.3.5 Pt/SDB疏水催化剂的ICP-MS分析63-64
• 4.3.6 Pt/SDB疏水催化剂的柱效率分析64-65
• 4.3.7 Pt/SDB疏水催化剂的稳定性分析65-66
• 4.3.8 Pt/SDB疏水催化剂的XPS分析66
• 4.4 小结66-68
• 结论68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-80
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果80

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本文编号：990124