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基于催化剂载体水滑石层间距的可调控性研究甘油氢解的内扩散

作　者: 赵彬彬
导　师: 许春丽
学　校: 陕西师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 甘油氢解铜水滑石扩散传质 1，2-丙二醇
分类号: TE667
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

由于生物柴油的工业化生产而造成副产物甘油出现过剩,甘油的有效利用已逐渐成为人们所关注的热点,其中最具发展潜力的是甘油催化氢解生产1,2-丙二醇。本论文以水滑石为前驱体,制备了一系列Cu负载氧化物催化剂。通过XRD、BET、EDS、CO2-TPD等手段研究了催化剂的组成、结构和性质。一方面考察了该催化剂在甘油催化氢解合成1,2-丙二醇反应中的催化性能；另一方面探讨了以水滑石的层间距为探针,研究甘油氢解内扩散的可能性。具体研究内容及主要结论如下：研究了水滑石前驱体对催化剂活性的影响。结果发现,以Mg-Al水滑石为前驱体,所得的Cu负载Mg-Al复合氧化物催化剂具有最高的催化活性。另外,考察了反应条件的影响。在最佳反应条件下：催化剂用量3.6%、纯甘油、反应温度210℃、反应压力9 MPa、反应时间24小时,甘油转化率达到99%,1,2-丙二醇产率达89%。采用x射线衍射法,分析了反应前后Cu负载Mg-Al复合氧化物催化剂层间距的变化。研究发现,载体水滑石的层间距可作为探针,有效的反映质量传递是否受到内扩散的影响。当甘油氢解反应处于低温、低压、高反应物浓度时,质量传递很容易受到内扩散的影响,此时载体水滑石的层间距因反应介质的插入而变大(层间距为15.0 A)；在相反的反应条件下,质量传递不受内扩散的影响,此时载体水滑石层间不含反应介质(层间距为7.8 A)。另外,以水滑石的层间距为探针,研究了内扩散对催化氢解生成1,2-丙二醇反应过程的影响。结果表明,内扩散对甘油氢解反应的转化率影响较小,而对产率有较大的影响。本研究内容提出了一种判断内扩散控制的简单、有效的方法。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章综述  8-22
  1.1 引言  8-9
  1.2 甘油氢解生成二元醇的机理  9-12
    1.2.1 甘油氢解原理  9-10
    1.2.2 甘油氢解的脱水-加氢机理  10-11
    1.2.3 甘油氢解的脱氢-加氢机理  11
    1.2.4 甘油氢解的螯合机理  11-12
  1.3 甘油氢解催化剂体系发展  12-15
    1.3.1 铜基催化剂  12-14
    1.3.2. 镍基催化剂  14
    1.3.3. 贵金属催化剂  14-15
  1.4 1,2-丙二醇的发展现状  15-17
    1.4.1. 用途及应用领域  15
    1.4.2. 市场分析及生产现状  15-16
    1.4.3. 1,2-丙二醇的合成路线  16-17
  1.5 水滑石的研究进展  17-19
    1.5.1. 概述  17
    1.5.2. 水滑石的结构与组成  17-18
    1.5.3. 类水滑石化合物的主要性质  18-19
  1.6 关于甘油氢解反应的化学动力学发展现状  19-20
  1.7 选题目的和意义  20-22
第2章实验部分  22-34
  2.1 仪器与试剂  22-23
    2.1.1 仪器  22-23
    2.1.2 试剂  23
  2.2 催化剂的制备  23-26
    2.2.1 共沉淀法制备催化剂  23-26
    2.2.2 浸渍法制备催化剂  26
  2.3 催化剂结构表征方法  26-29
    2.3.1 X射线衍射技术(X-ray Diffraction,XRD)  26-27
    2.3.2 物理吸附测定比表面积和孔分布  27-28
    2.3.3 程序升温脱附(Temperature programmed Desorption,TPD)  28
    2.3.4 扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)  28-29
  2.4 催化剂的活性评价  29
  2.5 产率的测定及数据处理  29-34
第3章催化剂结构表征  34-38
  3.1 CO_2-TPD分析  34-35
  3.2 比表面积和孔径分布的测定以及表面元素组成的测定  35-38
第4章甘油催化氢解制备1,2-丙二醇  38-48
  4.1 催化剂筛选  38-39
  4.2 反应条件对甘油催化氢解的影响  39-46
    4.2.1 反应温度的影响  39-40
    4.2.2 氢气压力的影响  40-41
    4.2.3 催化剂用量的影响  41-42
    4.2.4 反应时间的影响  42-43
    4.2.5 反应物浓度的影响  43-45
    4.2.6 催化剂重复性  45-46
  4.3 本章小结  46-48
第5章 X射线衍射分析甘油氢解反应催化机理  48-66
  5.1 催化剂Cu/Mg(Al)O_(CP)、Cu/Zn(Al)O_(CP)、Cu/Al_2O_(3CP)、Cu/Fe_2O_(3CP)甘油氢解反应前后的XRD分析  48-50
  5.2 不同元素比例的Cu/Mg(Al)O催化剂甘油氢解反应的XRD分析  50-51
  5.3 催化剂Cu/Mg(Al)O_(CP)甘油氢解反应重复使用的XRD分析  51-52
  5.4 催化剂Cu/Mg(Al)O_(CP)不同温度下甘油氢解反应的XRD分析  52-53
  5.5 催化剂Cu/Mg(Al)O_(CP)不同氢气压力下甘油氢解反应的XRD分析  53-54
  5.6 催化剂Cu/Mg(Al)O_(IP)不同甘油浓度下甘油氢解反应的XRD分析  54-55
  5.7 催化剂Cu/Mg(Al)O_(IP)进行1,2-丙二醇氢解反应的XRD分析  55-58
  5.8 催化剂Cu/Mg(Al)O_(IP)不同氢气压力下1,3-丙二醇氢解反应的XRD分析  58-59
  5.9 催化剂Mg(Al)O、Mg-Al HTlcs、Mg-Al HTlcs-OH-反应前后的XRD分析  59-62
  5.10 讨论  62-64
  5.11 本章小结  64-66
第6章全文总结  66-68
参考文献  68-78
致谢  78-80
攻读硕士学位期间科研成果  80

基于催化剂载体水滑石层间距的可调控性研究甘油氢解的内扩散

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