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负载型Ni基催化剂催化糠醛加氢的研究

作　者: 李小玉
导　师: 石秋杰
学　校: 南昌大学
专　业: 工业催化
关键词: 正交设计 海泡石改性 三氧化铝 镍 非晶态Ni-B-Mo合金 糠醛加氢 糠醇 2-甲基吠喃
分类号: TQ203
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


本文第一部分采用正交实验法优化海泡石的改性条件，包括盐酸溶液中HCl的质量分数、酸处理时间、焙烧温度和焙烧时间。以改性后的海泡石和工业上常用γ-Al2O3为载体，采用浸渍和化学还原法制备了Ni-B-Mo／Sep（Sep：不同改性条件制备的海泡石）和Ni-B-Mo／γ-Al2O3催化剂。以糠醛液相加氢制糠醇为探针反应，考察了催化剂的性能。实验结果表明：海泡石的最佳改性条件为，盐酸溶液中HCl的质量分数10％、酸处理时间48h、焙烧温度400℃、焙烧时间6h。经最佳条件改性后的海泡石(记为Sep（opt）的比表面积为112.5 m2／g，是未改性海泡石的2.38倍；Ni-B-Mo／Sep（opt）催化剂的活性比表面积为17.61 m2／g。具有较好的催化性能，糠醛转化率和糠醇选择性分别为83.8％和98.7％，均优于Ni-B-Mo／γ-Al2O3催化剂。采用电感耦合等离子发射光谱（ICP）、差热分析技术（DTA）、NH3吸附红外光谱法（IR）、比表面积测试（BET）、程序升温还原（TPR）和程序升温脱附（TPD）等表征手段，考察了载体对Ni-B-Mo合金催化剂性能的影响。研究结果表明，Ni-B-Mo／sep表现出高活性主要是由于其独特的合金组成、较高的Ni含量、适量的L酸中心，以及海泡石本身含有的Fe元素能修饰Ni-B-Mo合金，Ni-B-Mo／sep催化剂对反应物具有更多数量的中等强度吸附中心，对产物具有更少数量的吸附中心。Ni-B-Mo／Sep选择性更高主要是由于其对糠醇吸附的强度较弱不易发生深度加氢所致。本文第二部分采用超声-浸渍方法制备Ni／γ-Al2O3催化剂，并用以催化糠醛加氢制2-甲基呋喃。分别采用稀土元素、过渡金属元素和对Ni／γ-Al2O3催化剂进行了改性，取得了较好的效果。用稀土元素改性时，Nd和Eu可以提高了催化剂的选择性，对2-甲基呋喃的选择性从93.1％分别提高到96.2％和97.4％。用过渡金属元素改性时，Mo、W元素和Ni存在协同作用，均能使催化剂的选择性大幅度提高，选择性从93.1％分别提高到96.8％、98.8％。所有催化剂的活性为100％。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 文献综述  8-24
  1.1 催化加氢  8
  1.2 糠醛的生产及加氢性质  8-10
    1.2.1 糠醛的生产  8-9
    1.2.2 糠醛加氢可能的反应  9-10
  1.3 糠醛加氢制备糠醇的研究  10-16
    1.3.1 糠醛加氢制糠醇的背景和意义  10-11
    1.3.2 糠醛加氢制糠醇的催化剂研究  11-16
      1.3.2.1 铜系催化剂  11-14
        1.3.2.1.1 多组分非负载铜催化剂  11-12
        1.3.2.1.2 负载型铜基催化剂  12-14
        1.3.2.1.3 铜系催化剂加氢机理  14
      1.3.2.2 骨架型合金类催化剂  14-15
      1.3.2.3 非晶态合金催化剂  15-16
  1.4 糠醛加氢制备甲基吠喃的研究  16-20
    1.4.1 糠醛加氢制备甲基呋喃的背景意义  16-17
    1.4.2 糠醛加氢制备甲基呋喃的催化剂研究  17-20
      1.4.2.1 Cu-Cr及其改性催化剂  17-19
      1.4.2.2 合金催化剂  19-20
  1.5 糠醛加氢影响因素及加氢动力学  20-22
    1.5.1 糠醛液相相加氢影响因素  20-21
      1.5.1.1 温度的影响  20
      1.5.1.2 压力的影响  20
      1.5.1.3 溶剂和介质  20
      1.5.1.4 搅拌混合情况  20-21
    1.5.2 糠醛气相加氢影响因素  21
      1.5.2.1 温度压力的影响  21
      1.5.2.2 反应物配比的影响  21
      1.5.2.3 空速的影响  21
    1.5.3 糠醛气相加氢动力学研究情况  21-22
  1.6 选题的根据和意义  22-23
  1.7 创新之处  23-24
第二章 实验方法和数据处理  24-32
  2.1 主要化学试剂  24
  2.2 催化剂的制备  24-26
    2.2.1 载体的制备  24-25
      2.2.1.1 海泡石的提纯与改性  24-25
        2.2.1.1.1 海泡石原土矿的提纯  24-25
        2.2.1.1.2 海泡石酸改性和热处理  25
      2.2.1.2 γ-Al_2O_3的制备  25
    2.2.2 催化剂的制备  25-26
      2.2.2.1 Ni-B-Mo合金的制备  25
      2.2.2.2 Ni基负载型催化剂前驱体的制备  25-26
  2.3 糠醛加氢反应  26
    2.3.1 糠醛液相加氢制糠醇反应  26
    2.3.2 糠醛气相脉冲加氢制2-甲基呋喃反应  26
  2.4 产物分析  26-27
    2.4.1 分析条件  26
    2.4.2 色谱柱填充  26
    2.4.3 定性定量方法  26-27
  2.5 催化剂的表征  27-31
    2.5.1 合金组成的分析  27
    2.5.2 XRD分析  27
    2.5.3 催化剂比表面积的测定  27-28
    2.5.4 催化剂酸性的测定  28
    2.5.5 催化剂热稳定性的测定  28-29
    2.5.6 程序升温还原(TPR)、程序升温脱附(TPD)  29-31
      2.5.6.1 实验原理  29-30
      2.5.6.2 操作过程  30-31
  2.6 数据处理  31-32
    2.6.1 液相加氢催化剂  31
    2.6.2 气相加氢催化剂  31-32
第三章 正交实验法优化海泡石改性条件及 Ni-B-Mo/Sep合金催化糠醛液相加氢制糠醇  32-43
  3.1 前言  32-37
    3.1.1 海泡石的结构和性质  32-33
    3.1.2 正交试验设计法  33-37
      3.1.2.1 试验设计方法常用的术语  34
      3.1.2.2 选择正交表的基本原则  34
      3.1.2.3 极差分析方法  34-35
      3.1.2.4 方差分析方法  35-37
  3.2 实验内容  37
    3.2.1 海泡石的提纯与改性  37
    3.2.2 催化剂的制备  37
  3.3 结果和讨论  37-42
    3.3.1 正交实验因素及水平的确定  37-38
    3.3.2 正交实验的结果  38-41
    3.3.3 正交实验最优条件的验证  41-42
  3.4 本章结论  42-43
第四章 改性海泡石和 γ-Al_2O_3负载 Ni-B-Mo合金催化糠醛液相加氢制糠醇的研究  43-51
  4.1 前言  43-44
  4.2 实验部分  44
  4.3 实验结果分析  44-50
    4.3.1 Ni-B-Mo/Sep和 Ni-B-Mo/γ-Al_2O_3性能的比较  44-45
    4.3.2 催化剂酸性表征结果  45-46
    4.3.3 催化剂的DTA 表征  46-47
    4.3.4 催化剂的TPR表征  47
    4.3.5 催化剂的H_2-TPD表征  47-48
    4.3.6 催化剂的FFR-TPD表征结果  48-49
    4.3.7 催化剂的FFA-TPD表征结  49-50
  4.4 本章结论  50-51
第五章 不同助剂改性Ni/γ-Al_2O_3催化糠醛加氢制2-甲基呋喃的研究  51-59
  5.1 前言  51-52
  5.2 实验部分  52-53
    5.2.1 催化剂的制备  52-53
      5.2.1.1 γ-Al_2O_3的制备  52-53
      5.2.1.2 Ni/γ-Al_2O_3催化剂前驱体的制备  53
      5.2.1.3 稀土改性 Ni/γ-Al_2O_3催化剂前驱体的制备  53
      5.2.1.4 过渡金属改性 Ni/γ-Al_2O_3催化剂的制备  53
    5.2.2 加氢反应及产物分析  53
  5.3 结果与讨论  53-58
    5.3.1 催化剂 Ni负载量及反应温度的确定  53-54
    5.3.2 稀土对 Ni/γ-Al_2O_3催化剂的改性研究  54-57
      5.3.2.1 稀土改性对 Ni/γ-Al_2O_3催化剂反应性能的影响  54-55
      5.3.2.2 XRD分析  55-56
      5.3.2.3 钕、铕改性对 Ni/γ-Al_2O_3催化剂还原性能的影响  56-57
    5.3.3 过渡金属对 Ni/γ-Al_2O_3催化剂的改性研究  57-58
      5.3.3.1 过渡金属元素对 NiO/γ-Al_2O_3催化剂反应性能的影响  57
      5.3.3.2 Mo、W改性对 Ni/γ-Al_2O_3催化剂还原性能的影响  57-58
  5.4 本章结论  58-59
第六章 结论  59-62
  6.1 结论  59
  6.2 进一步的工作方向  59-62
参考文献  62-69
攻读硕士学位期间研究成果  69

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本有机化学工业 > 一般性问题 > 化学反应过程
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