铜基催化剂在仲丁醇脱氢反应中的应用

论文摘要

本文以工业应用为目的,对以铜作为主体的系列催化剂进行了较深入、细致的研究。主要考察了采用浸渍法和共沉淀法两种方法制备的铜基催化剂在仲丁醇脱氢反应中的催化性能,同时通过采用XRD、TPD、TPR等手段对催化剂进行了表征,研究了催化剂的表面性质与催化性能的关系。之后又探索性的尝试了对催化剂进行成型实验和制备纳米Cu-ZnO催化剂,考察了其在仲丁醇脱氢反应中的催化行为。浸渍法制备催化剂的实验中,在反应温度为270℃,常压,液体空速为3h-1的条件下,Cu-ZnO/Na-SiO2催化剂在仲丁醇脱氢反应中具有最好的催化性能,在Cu负载量为8%,Cu/ZnO（mol）为2/1,Na负载量为0.5%时,所得到的仲丁醇转化率为93.6%,甲乙酮选择性为98.0%。共沉淀法制备催化剂的实验中,考察了催化剂的制备条件对催化剂在该反应中活性的影响。结果表明,沉淀温度为80℃,焙烧温度为450℃为最佳制备条件。在上述反应条件下,制备的Cu-ZnO-MgO催化剂在仲丁醇脱氢反应中的催化活性最高,其中Cu/ZnO（mol）为1/3,MgO含量为0.3%。所得到的仲丁醇转化率为93%,甲乙酮选择性为99.8%。之后采用高温还原的方法尝试评估催化剂的使用寿命并且与工业催化剂的使用寿命进行对比。结果表明,Cu-ZnO/Na-SiO2催化剂的寿命低于工业催化剂的使用寿命;而Cu-ZnO催化剂的寿命已经接近于或高于工业催化剂的使用寿命。我们探索性的尝试了对活性最高的催化剂进行成型实验和制备纳米Cu-ZnO催化剂,并且考察了其用于仲丁醇脱氢反应中的催化性能。结果表明纳米Cu与纳米ZnO之间的相互作用提高了催化剂的催化活性和稳定性,并且采用SiO2+C和Al2O3对催化剂成型不仅具有较高的仲丁醇转化率和甲乙酮选择性,而且具有较强的机械强度。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 MEK 的性质及用途
• 1.2 MEK 的生产及消费状况
• 1.2.1 MEK 的生产现状
• 1.2.2 MEK 的消费现状及市场前景
• 1.3 MEK 的生产方法
• 1.3.1 正丁烯法
• 1.3.2 正丁烷液相氧化法
• 1.3.3 异丁苯法
• 1.3.4 其它合成方法
• 1.4 醇脱氢的反应机理
• 1.5 Cu 催化剂的研究与应用
• 1.6 本文使用催化剂的制备方法
• 1.7 纳米催化剂简介
• 1.8 立论根据
• 参考文献
• 第2章 试剂、仪器及产物分析
• 2.1 试剂
• 2.2 主要表征手段
• 2.2.1 X 射线粉末衍射（XRD）
• 3-TPD）'>2.2.2 程序升温脱附法（NH₃-TPD）
• 2-TPR）'>2.2.3 程序升温还原法（H₂-TPR）
• 2.3 反应评价和产物分析
• 第3章 浸渍法制备铜基催化剂在仲丁醇脱氢反应中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 催化剂制备
• 3.3 催化剂的组成对仲丁醇脱氢反应性能的影响
• 3.3.1 活性组分Cu 含量对催化剂结构和催化性能的影响
• 3.3.2 助剂ZnO 含量对催化剂性能的影响
• 3.3.3 其它金属助剂对Cu-ZnO
• 3.4 载体的预处理对仲丁醇脱氢反应性能的影响
• 3.4.1 碱土金属MgO 的含量对催化剂性能的影响
• 3.4.2 Na 作为第三组分助剂和载体的预处理剂对催化剂性能的影响
• 2载体的预处理对Cu-Zn-O 催化剂催化性能的影响'>3.4.3 SiO₂载体的预处理对Cu-Zn-O 催化剂催化性能的影响
• 3.4.4 不同Na 含量预处理载体对催化剂性能的影响
• 3.5 催化剂的制备条件对仲丁醇脱氢活性的影响
• 3.5.1 还原温度对催化剂性能的影响
• 3.5.2 溶剂对催化剂性能的影响
• 3.6 探索其他载体制备Cu 催化剂在仲丁醇脱氢反应中的活性
• 本章小结
• 参考文献
• 第4章 共沉淀法制备铜催化剂在仲丁醇脱氢反应中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 催化剂制备
• 4.3 催化剂的组成对仲丁醇脱氢反应性能的影响
• 4.3.1 助剂ZnO 含量对催化剂催化性能的影响
• 4.3.2 MgO 含量对Cu-ZnO 催化剂催化性能的影响
• 4.4 催化剂的制备条件对仲丁醇脱氢反应性能的影响
• 4.4.1 沉淀温度对仲丁醇脱氢反应性能的影响
• 4.4.2 焙烧温度对仲丁醇脱氢反应性能的影响
• 4.4.3 还原温度对仲丁醇脱氢反应性能的影响
• 4.5 催化剂的成型对仲丁醇脱氢反应性能的影响
• 4.5.1 磷酸含量对Cu-ZnO 催化剂在仲丁醇脱氢反应性能的影响
• 4.5.2 催化剂成型后对仲丁醇脱氢反应性能的影响
• 4.6 探索助剂对Cu 催化剂催化性能的影响
• 本章小结
• 参考文献
• 第5章 纳米Cu-ZnO 催化剂在仲丁醇脱氢反应中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 催化剂制备
• 5.3 催化剂表征
• 5.4 纳米催化剂在仲丁醇脱氢反应中的活性
• 本章小结
• 参考文献
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 致谢
• 作者简历
• 发表文章
• 中文摘要
• Abstract