沙柳炭基固体酸催化剂的制备及其催化性能研究

发布时间：2020-09-16 20:25

　　酸催化剂是化工产业中使用广泛的催化剂,其中之一的液体酸在化工初期具有价格优良、催化效果高、适用范围极其广泛的优势,但其不容忽视的缺陷也有很多,比如难以分离进而回收、腐蚀设备较为严重、污染环境等等。当“绿色化学”这个名词开始被意识且践行时,非均相固体酸催化剂(Solid acid catalysts,SACs)这种既有经济效益又友好环境,且同时兼顾了可持续发展道路的催化剂,其研发工作正在不断展开。当然SACs用于催化反应仍有不少缺陷:低密度,低酸性位点,低热稳定性,低催化活性,高成本等,这些都制约着SACs的大规模工业化使用。因此,制备一种应用在催化反应中且制备过程简洁,环保,价格低廉的固体酸催化剂十分有必要。本论文的原料采用了沙柳,第一步进行热解炭化,然后进行磺化反应工艺,从而制得了沙柳炭基固体酸催化剂。实验中取用油酸与甲醇制备生物柴油的反应去检测评价制得催化剂的酯化率,以酯化率作为催化剂的催化活性的指示标。利用单因素实验对如下四种不同的影响因素进行研究:炭化温度、时间、磺化温度以及时间;利用JW-BK静态氮吸附仪对沙柳,炭化中间物,催化剂三种类型的样品对其不同孔径的情况与性能结合进行分析;采用Spectrum65型傅立叶变换红外光谱仪,Hitachi扫描电镜,Empyrean锐影X射线衍射仪,HCT-1型微机差热天平仪等仪器对沙柳、炭化中间物和催化剂进行了表征。结果表明:①在炭化温度为400℃、炭化时间为90mirn、磺化温度为95℃、以及磺化时间为90min的控制数值下收获的沙柳固体酸催化剂在反应中的酯化率达到最好98.0%,催化性能最优;②沙柳炭基固体酸催化剂的催化性能与孔径结构存在着一定的构效关系和效应。通过高温水热炭化沙柳粉末收集“类煤”炭化中间物,加入浓硫酸磺化得到沙柳炭基固体酸催化剂,具体研究如下,采用单因素探索分析催化剂在制备生物柴油的工艺中表面酸量与催化剂性能的影响情形;通过利用EA300元素分析仪,傅里叶变换红外光谱仪,扫描电镜,X射线衍射仪,微机差热天平仪和其他表征方法用于沙柳和催化剂的表征,并对其分析。结果表明;①沙柳炭基固体酸催化剂在单因素实验中,表现最佳催化性能的制备条件如下:其炭化温度是335℃,时间是60min,其磺化温度是105℃,时间为90min,测得酯化率为95.6%;②催化剂中硫含量提升很大,成功负载了磺酸基团,且为无定形炭结构,其孔隙结构发达,具有良好的热稳定性和稳定性。同样使用沙柳粉末进行浓硫酸一步炭化磺化法制得沙柳炭基固体酸催化剂。利用单因素法去评价催化剂的催化性能,取其三个水平设计响应面实验对催化剂进行优化;利用傅立叶红外光谱,微机差热天平,扫描电镜等仪器对优化后的催化剂进行了测定和表征,结合催化剂催化机理分析,对其结果做出推理解释。
【学位单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ426
【部分图文】：

图１热解反应仪器图逡逑Ｆｉｇ．ｌ邋Ｓｃｈｅｍｅ邋ｏｆ邋ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ邋ｒｅａｃｔｏｒ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑

沙柳炭基固体酸催化剂的制备及其催化性能研究

图２磺化反应装置示意图逡逑Ｆｉｇ．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｕｌｆｏｎａｔｉｏｎ邋ｒｅａｃｔｏｒ逡逑

沙柳炭基固体酸催化剂的制备及其催化性能研究

图３不同磺化温度，不同炭化温度的催化剂对酯化率的

【参考文献】