由生物质木粉制备高比表面积炭基固体酸催化剂的研究

论文摘要

液体酸催化剂是一种重要的化工催化剂,广泛的应用于化学工业中。他们具有酸性强、价格低廉、催化活性高等优点。然而,液体酸产生的废液对环境造成很大的污染,催化剂与反应体系不易分离,增加了能耗和后处理的难度;液体酸还存在易造成设备的腐蚀,难以再回收利用等缺点。固体酸催化剂在很多方面具有液体酸催化剂所不具备的优势,如固体酸催化剂一般不会产生副产物或废物,便于分离,可回收再利用,对环境友好,便于实现连续化生产等。炭基固体酸材料具有机械强度高、热稳定性好、酸性强、成本低廉等优点,但是其比表面积普遍偏低,从而严重影响了催化剂与反应物的接触能力,在涉及到大分子参与的反应时催化效果较差。为了解决炭基固体酸催化剂比表面积低等问题,本研究提供了一种高比表面积炭基固体酸催化剂及其制备的方法。本论文以生物质木粉为原料,采用ZnCl2的盐酸溶液活化,然后炭化,最后用浓硫酸磺化法或者重氮盐还原法制备炭基固体酸催化剂,用乙酸、正己酸、正癸酸与乙醇的酯化反应来考察所制备的炭基固体酸催化剂的催化活性、稳定性等性能。研究结果表明:（1）经过ZnCl2的稀盐酸溶液活化的催化剂催化性能明显优于未活化的催化剂;在ZnCl2浓度达到40 %、炭化温度500℃、炭化时间2h时催化剂的比表面积高于1800 m2/g。（2）炭化温度对催化剂的性能影响很大,当炭化温度为500℃时,催化剂的酸密度最大为4.43 mmol/g;用浓硫酸磺化法制备的炭基固体酸催化剂的最佳工艺条件为浓硫酸的量与活性炭的质量比为25,磺化温度与磺化时间分别为150℃和6 h。用不同的生物质木粉所制备的催化剂性能所不同,各种生物质木粉所制备出的炭基固体酸催化剂催化性能的顺序为:小麦秸秆粉<玉米秸秆粉<核桃壳粉<松木粉,其中以松木粉所制备的催化剂催化性能最好。（3）通过对酯化条件的优化得出最适宜的酯化条件为:乙醇与酸物质量之比为10:1,炭基固体酸催化剂用量为酸质量的6%,酯化反应温度为80℃,酯化反应时间为8h。（4）用重氮盐还原法所制备的炭基固体酸催化剂对长链酸的酯化反应明显的优于浓硫酸磺化法制备的炭基固体酸催化剂。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 生物质研究概述
• 1.1.1 生物质简介
• 1.1.2 生物质分类
• 1.1.3 生物质资源的开发利用技术
• 1.2 活性炭研究概述
• 1.2.1 活性炭简介
• 1.2.2 活性炭的制备技术
• 1.3 固体酸催化剂研究概述
• 1.3.1 固体酸催化剂简介
• 1.3.2 固体酸催化剂的研究进展
• 1.4 本论文研究目的及创新点
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 创新点
• 第二章 活性炭的制备
• 2.1 实验仪器与设备
• 2.2 实验试剂
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 试剂的配置
• 2.4 实验原料的选择
• 2.5 活性炭的制备
• 2.6 炭化活化过程
• 2 浓度对活性炭比表面积的影响'>2.6.1 ZnC1₂浓度对活性炭比表面积的影响
• 2.6.2 炭化温度对活性炭比表面积的影响
• 2.6.3 炭化时间对活性炭比表面积的影响
• 2.7 本章小结
• 第三章 浓硫酸磺化法制备炭基固体酸催化剂
• 3.1 主要仪器与设备
• 3.2 实验试剂
• 3.3 实验方法
• 3.4 炭基固体酸催化剂的制备过程
• 3.4.1 炭化温度与酸密度的关系
• 3.4.2 不同原料对炭基固体酸催化剂催化性能的影响
• 3.4.3 浓硫酸的量对炭基固体酸催化剂性能的影响
• 3.4.4 磺化温度对炭基固体酸催化剂催化性能的影响
• 3.4.5 磺化时间对炭基固体酸催化剂性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 重氮盐还原法制备催化剂
• 4.1 主要仪器与设备
• 4.2 主要试剂
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 重氮盐还原法制备炭基固体酸催化剂的方法
• 4.3.2 催化剂制备条件对催化剂性能的影响
• 4.3.3 不同催化剂催化性能的比较
• 4.4 炭基固体酸催化剂催化酯化反应的研究
• 4.4.1 炭基固体酸催化剂加入量对乙酸酯化率的影响
• 4.4.2 醇酸摩尔比对乙酸酯化率的影响
• 4.4.3 反应温度对乙酸酯化率的影响
• 4.4.4 反应时间对乙酸酯化率的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介