固体碱催化剂合成2-羟丙基甲醚的研究

论文摘要

2-羟丙基甲醚是一种应用较为广泛的醚类溶剂,有“万能溶剂”之称。针对酸性催化剂选择性较差的问题,本文采用浸渍法制备了一种以分子筛为载体、KOH为负载物的碱性催化剂,并将其用于2-羟丙基甲醚的合成反应,具有重要的理论意义和实用价值。 对于浸渍法制备的固体碱催化剂,考察了不同的载体、负载物、负载量、浸渍温度、浸渍时间、搅拌转速、负载物溶液浓度、焙烧气氛、焙烧温度以及焙烧时间等制备因素对催化剂结构及合成2-羟丙基甲醚反应性能的影响规律,由此确定了适宜的催化剂制备条件:载体为分子筛;负载物为KOH;负载物溶液的浓度为1.5mol/L;负载量为16mmol/g;浸渍时间为2小时;浸渍温度为50℃,搅拌速率大于600转/min;焙烧温度为600℃;焙烧时间为3小时;预处理气氛为惰性气体N2。 本文应用TEM、IR、XRD、TPD以及比表面技术对催化剂结构进行了表征,并探讨了负载量、活化气氛、活化温度对各表征结果的影响,分析得出催化剂的活性中心为Al2O3·K2O;催化剂活性的决定因素是超强碱中心;空气中的水能和活性中心生成水合物,使催化剂的活性大幅降低。 考察了固体碱催化剂上2—丙基甲醚合成反应的工艺条件。催化剂最佳用量为甲醇质量的6%,最佳醇烷进料比为5:1,适宜的反应温度为100℃,操作压力控制在0.3～0.4Mpa,反应时间3小时为宜,搅拌速率以500rpm为宜。在此条件下反应,环氧丙烷转化率可达99%,2—羟丙基甲醚的选择性可达98%。催化剂使用后有失活现象,经XRD、TPD及比表面分析了失活原因为空气中水的污染和催化剂表面堆积的有机物污染。若对催化剂进行再生处理,可以延缓活性下降。

论文目录

• 第一章 文献综述
• §1-1 2-羟丙基甲醚合成研究的现实意义
• 1-1-1 醇醚简介
• 1-1-2 2-羟丙基甲醚的物化性能
• 1-1-3 2-羟丙基甲醚合成研究的现实意义
• §1-2 环氧丙烷与甲醇合成2—羟丙基甲醚的反应机理
• §1-3 丙二醇醚的合成路线与生产工艺概况
• 1-3-1 合成路线
• 1-3-2 生产工艺
• §1-4 用于制备丙二醇甲醚的催化剂
• 1-4-1 酸性催化剂
• 1-4-2 碱性催化剂
• §1-5 固体碱催化剂的研究进展
• 1-5-1 有机固体碱
• 1-5-2 有机无机复合固体碱
• 1-5-3 无机固体碱
• §1-6 市场形势展望
• §1-7 存在问题和本课题研究重点
• 1-7-1 存在问题
• 1-7-2 本课题的研究重点
• 第二章 实验材料与方法
• §2-1 实验设备
• §2-2 实验试剂
• 2-2-1 原料和化学试剂
• 2-2-2 载体
• §2-3 实验装置与方法
• 2-3-1 催化剂制备
• 2-3-2 合成2-羟丙基甲醚
• 2-3-3 催化剂表征
• §2-4 产物分析与计算方法
• 2-4-1 2-羟丙基甲醚合成反应的产物分析
• 2-4-2 数据处理
• 第三章 负载型固体碱催化剂制备及反应性能
• §3-1 引言
• §3-2 载休对反应活性的影响
• §3-3 不同钾盐负载物对反应活性的影响
• §3-4 催化剂前体制备条件对反应活性的影响
• 3-4-1 负载物溶液浓度的影响
• 3-4-2 负载量的影响
• 3-4-3 浸渍时间的影响
• 3-4-4 浸渍温度的影响
• 3-4-5 搅拌速率的影响
• §3-5 活化条什对催化剂活性的影响
• 3-5-1 焙烧温度的影响
• 3-5-2 焙烧时间的影响
• 3-5-3 焙烧气氛的影响
• §3-6 小结
• 第四章 催化剂的结构表征
• §4-1 引言
• §4-2 红外光谱分析
• §4-3 透射电镜（TEM）分析
• §4-4 XRD分析
• 4-4-1 催化剂的活性成分分析
• 4-4-2 不同预处理气氛下催化剂的XRD谱图
• 4-4-3 不同负载量催化剂的XRD谱图
• 4-4-4 不同预处理温度下催化剂的XRD图
• 2-TPD分析'>§4-5 CO₂-TPD分析
• 4-5-1 催化剂的碱性分析
• 4-5-2 不同预处理气氛下催化剂TPD图
• 4-5-3 不同负载量催化剂TPD图
• 4-5-4 不同活化温度处理催化剂TPD图
• §4-6 比表面分析
• §4-7 小结
• 第五章 负载型固体碱合成2-羟丙基甲醚
• §5-1 引言
• §5-2 2-羟丙基甲醚合成工艺条件考察
• 5-2-1 空白实验
• 5-2-2催化剂用量的影响
• 5-2-3 醇烷摩尔比的影响
• 5-2-4 反应温度的影响
• 5-2-5 操作压力的影响
• 5-2-6 反应时间的影响
• 5-2-7 搅扦速率的影响
• §5-3 催化剂寿命考察及其失活分析
• 5-3-1 催化剂的寿命考察
• 5-3-2 催化剂失活与再生的相关表征
• §5-4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果