论文题目: 纳米镍粉的制备及在对氨基苯酚合成中的应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程
作者: 杜艳
导师: 徐南平,陈洪龄
关键词: 纳米镍粉,化学还原法,催化加氢,对氨基苯酚,中毒,连续制备
文献来源: 南京工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 纳米镍催化剂是一种新型、高效、高选择性加氢催化剂,具有很高的开发价值,在石油化工、精细化工、燃料电池等领域有着十分诱人的应用前景。经过多年的研究与开发,纳米镍催化剂的制备技术已日趋完善并逐步走向产业化,但同时仍存在许多问题和一定的局限性:已实现规模化生产的工艺采用的方法基本都是物理法（化学合成法还没有工业化的报道）,且连续化生产工艺较少,在一定程度上制约了生产规模的进一步扩大,同时制备纳米镍粉体的成本偏高,限制了纳米镍粉体的工业化应用。因此,开发具有低成本、高质量、适合大规模生产的纳米镍粉体制备工艺已成为各国科研工作者关注的焦点之一。针对上述问题,本文主要采用改进的液相化学还原法来制备纳米镍粉,在纳米镍催化剂的制备、表征、连续化生产等方面作一些新的探索,同时在对硝基苯酚催化加氢制备对氨基苯酚反应中比较纳米镍与骨架镍的催化性能,为纳米镍催化合成对氨基苯酚的工业化应用提供基础数据与理论依据。首先在传统液相化学还原法（采用此工艺制备得到的镍粉记为CVNi）的基础上引入还原助剂SAT-1,控制反应条件在水溶液中直接制备了高活性的纳米镍催化剂（记为IPNi）,并借助于x射线衍射分析（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和高倍电镜（HRTEM）等分析测试手段对IPNi的结构、物性、表面微观结构等特性进行了系统的研究。结果表明,IPNi催化剂的平均粒径为60nm,镍含量在99%以上;与CVNi相比,IPNi催化剂具有颗粒小、表面缺陷多等特点。CVNi具有Ni/Ni+Ni（OH）2的核壳结构,表面是由少量的Ni0和大量的Ni（OH）2混合组成的,而IPNi的表面主要是由Ni0组成的。同时提出了SAT-1的作用机理:在制备纳米镍粉的过程中,SAT-1首先与镍盐反应生成镍核,生成的镍核催化水合肼还原硫酸镍的反应,使反应可以在较低浓度、较低温度下完成。其次,在对硝基苯酚催化加氢制备对氨基苯酚的反应中,考察了SAT-1用量、原料浓度、反应温度、反应时间等制备条件对IPNi催化活性的影响,确定了IPNi的最佳制备条件,并比较了IPNi、CVNi、Raney Ni等催化剂的催化性能,将镍催化剂的加氢性能与其表面性质进行关联。研究结果表明,IPNi的催化活性大约相当于CVNi的4.3倍、Raney Ni的10倍,其催化稳定性要远远优
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
1.1 研究背景
1.2 镍系催化剂的研究进展
1.2.1 Raney Ni催化剂
1.2.2 非晶态镍基合金催化剂
1.2.3 纳米镍催化剂
1.3 纳米镍粉的制备
1.3.1 物理制备法
1.3.1.1 蒸发冷凝法
1.3.1.2 溅射法
1.3.1.3 电爆炸丝法
1.3.1.4 等离子体法
1.3.1.5 机械球磨法
1.3.1.6 激光烧蚀法
1.3.2 化学合成法
1.3.2.1 有机镍分解法
1.3.2.2 水热法
1.3.2.3 γ-射线辐射法
1.3.2.4 化学还原法
1.3.2.5 微乳液法
1.4 国内外纳米镍粉的生产现状及存在的主要问题
1.5 化学还原法制备纳米镍粉的研究
1.5.1 化学还原法制备纳米镍粉的研究现状
1.5.2 化学还原法制备纳米镍粉中存在的问题
1.6 本课题的研究目的和内容
参考文献
第二章 纳米金属镍催化剂的制备及表征
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 催化剂的制备
2.2.1.1 纳米镍粉的制备
2.2.1.2 非晶态镍硼合金的制备
2.2.1.3 超细镍粉的制备
2.2.2 催化剂表征
2.2.2.1 物相分析
2.2.2.2 形貌分析
2.2.2.3 粒径分析
2.2.2.4 元素分析
2.2.2.5 热稳定性分析
2.3 结果与讨论
2.3.1 样品的物相结构分析
2.3.2 样品的形貌及粒径分布表征
2.3.3 样品的微观结构及表面分析
2.3.4 样品的元素分析
2.3.5 样品的热稳定性分析
2.3.6 SAT-1作用机理的初步探讨
2.4 本章小结
参考文献
第三章 纳米镍催化剂在对氨基苯酚合成中的催化性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验原料
3.2.2 催化剂活性评价
3.2.3 表征方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 制备条件对IPNi催化剂加氢活性的影响
3.3.1.1 还原助剂SAT-1加入量的影响
3.3.1.2 N_2H_4·H_2O初始浓度的影响
3.3.1.3 NaOH初始浓度的影响
3.3.1.4 原料浓度的影响
3.3.1.5 反应温度的影响
3.3.1.6 搅拌速率的影响
3.3.1.7 反应时间的影响
3.3.1.8 储存时间的影响
3.3.2 纳米镍粉(IPNi)催化性能考察
3.3.2.1 催化活性考察
3.3.2.2 催化选择性考察
3.3.2.3 催化稳定性考察
3.4 本章小结
参考文献
第四章 含氮化合物对纳米镍粉催化性能的影响
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验原料
4.2.2 催化剂的中毒实验
4.2.3 催化剂表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 氨对纳米镍催化剂活性的影响
4.3.2 有机胺对纳米镍催化剂活性的影响
4.3.3 纳米镍催化剂失活原因的初步探讨
4.3.4 有机胺在纳米镍表面的吸附
4.4 本章小结
参考文献
第五章 纳米金属镍制备的中试放大研究以及10t/a连续化生产线的设计
5.1 引言
5.2 纳米金属镍制备的中试放大研究
5.2.1 实验部分
5.2.1.1 催化剂制备
5.2.1.1.1 间歇操作
5.2.1.1.2 连续操作
5.2.1.2 催化剂表征
5.2.3 结果与讨论
5.2.3.1 反应器选型
5.2.3.1.1 间歇放大
5.2.3.1.2 双注式连续放大
5.2.3.2 连续操作方式中工艺参数对纳米镍粉加氢活性的影响
5.2.3.2.1 釜体积的影响
5.2.3.2.2 进料流量的影响
5.2.3.2.3 搅拌速率的影响
5.2.3.2.4 管长(即停留时间)的影响
5.3 连续制备纳米镍催化剂成套装置的设计
5.3.1 装置的运行
5.3.1.1 系统清洗
5.3.1.2 原料溶解与配制
5.3.1.3 原料输送
5.3.1.4 反应
5.3.1.5 过滤、洗涤
5.3.1.6 干燥
5.3.1.7 三废处理
5.3.2 经济效益评估
5.4 本章小结
参考文献
第六章 结论与展望
附录 国内外部分纳米镍粉的生产厂家
专利申请与论文撰写情况
致谢
发布时间: 2005-10-13
参考文献
- [1].陶瓷膜分离对氨基苯酚生产中镍催化剂的研究[D]. 金珊.南京工业大学2004
- [2].硝基苯加氢合成对氨基苯酚的反应及其动力学研究[D]. 李广学.南京理工大学2012
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- [5].纳米金属和复合金属粉的制备及其催化性能的研究[D]. 刘磊力.南京理工大学2004
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- [7].银、镍和水合二氧化硅纳米材料的研制和应用[D]. 宋晓秋.东华大学2005
- [8].纳米镍与镍/聚苯胺纳米复合材料的制备和性能研究[D]. 李鹏.武汉理工大学2005
- [9].陶瓷膜分离对氨基苯酚生产中镍催化剂的研究[D]. 金珊.南京工业大学2004
- [10].直接电还原合成对氨基苯酚过程基础及相关溶液热力学[D]. 赵建宏.郑州大学2006