电化学氢泵反应器用于酮酸一步加氢酯化

发布时间：2022-08-08 19:17

　　生物质相比于现在普遍使用的化石燃料,储量丰富而且环境友好,有广阔发展前景。但其中的酸性和不饱和物质导致生物油品质和稳定性不高,而对生物油进行加氢和酯化可以解决这一问题。醛酮与酸的一步加氢酯化反应可以实现加氢和酯化同时进行,降低了反应设备的复杂性和能耗。电化学氢泵反应器是一种新兴的加氢反应器,通过电化学原位产生催化剂吸附氢实现加氢反应常压进行,同时易于实现不同过程的高效耦合。本文采用生物质中大量含有的丁酮和乙酸作为模型化合物,在电化学氢泵反应器中进行一步加氢酯化反应,生成仲丁醇和乙酸仲丁酯。首先通过聚苯并咪唑（PBI）膜与Nafion115膜进行对比实验,优选适宜于有机反应液体系的质子交换膜。实验结果表明,相同反应条件下,虽然PBI膜耐溶胀,但质子传导率较低,因此PBI-电化学氢泵反应器的加氢性能仅约为Nafion115-电化学氢泵反应器的45%,因此采用Nafion115膜进行研究。进而,对一步加氢酯化反应的操作参数进行了优化。40℃为反应的最适温度,在实验选择的较小电流密度范围内,不同电流密度下丁酮乙酸一步加氢酯化反应的电流效率稳定在约90%。随着反应时间的延长,由于产物抑制,电化学... 

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
    1.1 生物质研究综述
        1.1.1 生物质能源研究背景与意义
        1.1.2 生物质能源转化途径
    1.2 生物质的加氢转化
        1.2.1 传统高压加氢
        1.2.2 传统电化学加氢
        1.2.3 电化学氢泵加氢
    1.3 电化学氢泵加氢的研究进展
        1.3.1 电化学氢泵加氢机理
        1.3.2 电化学氢泵加氢催化剂
        1.3.3 电化学氢泵的加氢过程耦合
        1.3.4 电化学氢泵关键技术
        1.3.5 膜电极的制备
    1.4 生物质的酯化转化
    1.5 生物质的一步加氢酯化
        1.5.1 生物质中的一步加氢酯化
        1.5.2 双功能催化剂用于一步加氢酯化
    1.6 论文研究思路及内容
2 电化学氢泵反应器中丁酮乙酸一步加氢酯化的质子交换膜
    2.1 实验部分
        2.1.1 实验材料及试剂
        2.1.2 实验仪器及设备
        2.1.3 Nafion115和PBI膜吸液率、溶胀度的测试
        2.1.4 Nafion115和PBI膜质子传导率的测试
        2.1.5 一步加氢酯化主要反应物、产物的物理性质
        2.1.6 膜电极的制备
        2.1.7 电化学氢泵的组装
        2.1.8 电化学氢泵反应器丁酮乙酸一步加氢酯化
        2.1.9 电化学氢泵反应性能的表征和产物检测
    2.2 Nafion115和PBI膜性能分析
        2.2.1 吸液率、溶胀
        2.2.2 质子传导率
    2.3 Nafion115和PBI膜用于电化学氢泵反应器的性能对比
        2.3.1 加氢性能
        2.3.2 酯化性能
        2.3.3 反应前后MEA对比图
    2.4 本章小结
3 基于Nafion115膜的电化学氢泵反应器一步加氢酯化的研究
    3.1 实验部分
        3.1.1 实验材料及试剂
        3.1.2 实验仪器及设备
        3.1.3 电化学氢泵反应器丁酮乙酸一步加氢酯化
    3.2 反应温度的影响
        3.2.1 电化学氢泵反应器的加氢性能
        3.2.2 电化学氢泵反应器的酯化性能
        3.2.3 外加电压随反应温度的变化
    3.3 反应时间的影响
        3.3.1 电化学氢泵反应器的加氢性能
        3.3.2 电化学氢泵反应器的酯化性能
        3.3.3 外加电压随时间的变化
    3.4 电流密度的影响
        3.4.1 电化学氢泵反应器的加氢性能
        3.4.2 电化学氢泵反应器的酯化性能
        3.4.3 外加电压随电流密度的变化
    3.5 反应物比例的影响
        3.5.1 电化学氢泵反应器的加氢性能
        3.5.2 电化学氢泵反应器的酯化性能
        3.5.3 外加电压随反应物比例的变化
    3.6 本章小结
4 电化学氢泵反应器一步加氢酯化的过程强化研究
    4.1 实验部分
        4.1.1 实验材料及试剂
        4.1.2 实验仪器及设备
        4.1.3 电化学氢泵丁酮加氢装置
        4.1.4 电化学氢泵用于仲丁醇与乙酸酯化装置
        4.1.5 常规液相回流仲丁醇乙酸酯化装置
    4.2 一步加氢酯化对加氢的强化
        4.2.1 不同反应温度下的加氢反应强化
        4.2.2 不同反应时间下的加氢反应强化
        4.2.3 不同电流密度下的加氢反应强化
    4.3 一步加氢酯化与对酯化对比的强化
        4.3.1 不同反应温度下的酯化反应强化
        4.3.2 不同反应时间下的酯化反应强化
        4.3.3 不同电流密度下的酯化反应强化
    4.4 本章小结
结论
论文创新点及展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]能源革命:从化石能源到新能源[J]. 邹才能,赵群,张国生,熊波.  天然气工业. 2016(01)
[2]基于聚苯并咪唑PBI的质子交换膜[J]. 苏静.  科技传播. 2012(05)
[3]“催化接触器”型膜反应器的研究进展[J]. 周永华,叶红齐,陈春辉.  工业催化. 2007(11)
[4]Studies on Production of Biodiesel by Esterification of Fatty Acids by a Lipase Preparation from Candida sp. 99-125[J]. 邓利,聂开立,王芳,谭天伟.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2005(04)
[5]PEMFC用亲水型薄层MEA的制备及其性能[J]. 马建新,衣宝廉,张华民.  电化学. 2005(01)
[6]燃料电池用改性PBI膜研究进展[J]. 刘启志,浦鸿汀.  高分子材料科学与工程. 2005(01)

博士论文
[1]生物油提质模型化合物醛、酸、酚转化的研究[D]. 于万金.浙江大学 2012
[2]醛酸一步加氢酯化（One-step Hydrogenation Esterification, OHE）新反应研究[D]. 唐杨.浙江大学 2011
[3]PPESK中空纤维气体分离膜的研究[D]. 富海涛.大连理工大学 2007
[4]PPESK中空纤维超滤膜、纳滤膜的研究[D]. 杨永强.大连理工大学 2006

硕士论文
[1]质子交换膜反应器用于生物油和CO2的加氢研究[D]. 陈伟.大连理工大学 2015
[2]电化学氢泵反应器用于生物质基酮加氢的研究[D]. 王涛.大连理工大学 2015
[3]乙醛和乙酸多相一步加氢酯化双功能催化剂体系研究[D]. 翁文静.信阳师范学院 2012



本文编号：3672076