PVA-固体酸渗透汽化催化膜的制备及其在乙酸丁酯合成中的应用

论文摘要

渗透汽化催化膜是指同时具有催化和分离双重功能的渗透汽化膜。它将渗透汽化工艺与反应耦合,将物质分离和化学反应催化有机的结合,使工艺流程更加紧凑,降低了设备投资和操作费用。本文研究了以PVA为分离层、以固体酸为催化剂的渗透汽化催化膜的制备方法,优化了制膜参数,并将其用于乙酸丁酯的催化合成,主要研究结果如下：（1）分别用共混法、粘附法以及浸没沉淀法制备了PVA-固体酸渗透汽化催化膜。膜催化效果的表征,证明浸没沉淀法制备的渗透汽化催化膜效果较好。该方法将高分子溶液与催化剂共混后经凝固浴处理,在催化层形成了多孔结构,使催化剂活性位有效地暴露于膜表面,有利于使其充分与料液接触,催化活性强,催化效果好。而且,此法催化剂负载量易于控制,机械强度好,便于制备。（2）对浸没沉淀法制备渗透汽化催化膜的制膜条件进行了优化,分别考察了催化剂负载量、粒径以及凝固浴种类、浸泡温度等因素对催化膜催化效果的影响。结果表明,催化剂负载量为200g/m2,催化剂粒径200目时,催化剂在膜表面分布均匀,状态稳定,且固定牢固,不易脱落；以25℃无水乙醇为凝固浴,PVA表面孔径较大,活性层较为疏松,催化效果好。同时通过对95%乙醇/水的分离实验,考察了渗透汽化催化膜的分离功能,通量为211.95g/（m2·h）,分离因子为75,能够满足分离—催化耦合的要求。（3）用制备好的PVA-固体酸渗透汽化催化膜对乙酸丁酯的酯化反应进行催化—分离耦合研究。结果表明,与游离固体酸催化剂相比,负载在渗透汽化催化膜上的催化剂保持了原有的催化活性,催化效果良好,且重复使用效果良好。通过摇瓶实验,确定了合成乙酸丁酯的最佳反应条件为：醇酸摩尔比1：1,催化剂加入量0.4g,反应时间8h。在以上反应条件下,反应温度为85℃,经过20h的反应分离耦合实验,转化率为91%,而相同条件下的平衡转化率仅为75%,表明催化膜实现了反应与分离的耦合,打破了反应的平衡,使转化率增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 催化膜及催化膜反应器概述
• 1.2.1 催化膜及催化膜反应器的定义
• 1.2.2 催化膜反应器的特点
• 1.2.3 催化膜及催化反应器的分类
• 1.3 渗透汽化催化膜概述
• 1.3.1 渗透汽化催化膜反应器及渗透汽化催化膜定义
• 1.3.2 渗透汽化膜分离技术概述
• 1.3.3 渗透汽化催化膜的制备
• 1.4 本课题的研究目的和意义
• 第二章 渗透汽化催化膜的制备方法
• 2.1 引言
• 2.2 共混法制备渗透汽化催化膜
• 2.3 粘附法制备渗透汽化催化膜
• 2.4 浸没沉淀相转化法制备渗透汽化催化膜
• 2.5 小结
• 第三章 浸没沉淀相转化法制备渗透汽化催化膜及条件优化
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 实验流程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 交联剂马来酸加入量对膜分离性能的影响
• 3.3.2 催化剂对渗透汽化催化膜制备的影响
• 3.3.3 与催化剂共混的PVA浓度的影响
• 3.3.4 凝固浴对渗透汽化催化膜制备的影响
• 3.3.5 渗透汽化催化膜的分离性能测试
• 3.4 小结
• 第四章 渗透汽化催化膜在乙酸丁酯合成中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 实验流程
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 催化膜对反应体系催化性能考察
• 4.3.2 催化膜耦合酯化反应
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介