负载型Cu2O催化剂催化环己醇脱氢制环己酮的研究

论文摘要

环己酮是已内酰胺生产工业中的重要中间体，同时环己酮还广泛用作有机溶剂、合成橡胶以及工业涂料等，是化学工业的一个重要产品。脱氢法工艺过程副反应少、操作容易、收率高，且比较安全。因此，工业生产中一般采用脱氢法由环己醇制环己酮。开发高效、经济的国产环己醇脱氢催化剂对促进经济发展具有重要意义。本文具体内容分为三部分。首先采用浸渍还原法制备了Cu2O／MgO催化剂，考察了不同制备条件对其催化环己醇脱氢性能的影响，并采用N2物理吸附、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）和程序升温还原（TPR）等手段对催化剂进行了表征。实验结果表明，当Cu2+：N2H4·H2O：NaOH摩尔比为1：1：2时催化剂的活性最高，环己醇转化率达到81.6％；与传统的Cu／MgO催化剂相比，Cu2O／MgO催化剂对环己醇脱氢反应具有很高的催化活性。第二部分研究了不同比例的MgO／海泡石（Sep）复合载体和氧化镁制备方法对负载Cu或Cu2O催化剂催化环己醇脱氢性能的影响。采用N2物理吸附、XRD、红外光谱（IR）、氨气程序升温脱附（NH3-TPD）、TPR等测试技术对催化剂进行了表征。结果表明，当复合载体中海泡石质量分数为20％～40％时，MgO／海泡石复合载体负载Cu催化剂的活性要高于以纯MgO为载体的Cu催化剂，但MgO／海泡石复合载体负载Cu2O催化剂活性不如纯MgO为载体的Cu2O催化剂。采用均匀沉淀法和溶胶凝胶法制备的MgO载体负载Cu2O催化剂的比表面积要高于普通MgO负载的Cu2O催化剂。以溶胶凝胶法制备的MgO负载Cu2O催化剂的活性最高，环己醇转化率达到85.5％。最后分别采用过渡金属元素、贵金属元素和稀土元素对Cu2O／MgO催化剂进行了改性。结果表明，用过渡金属元素改性时，Mn和Ni的效果较好，环己醇的转化率分别达到了91.9％和91.2％，但经Ni改性的催化剂选择性有所下降；用贵金属元素改性时，催化剂的活性都有所提高，尤其是经Ru和Pt改性后的催化剂效果更加明显，环己醇的转化率分别达到了93.3％和90.6％；用稀土元素改性时，Ce和Sm提高了催化剂的活性，环己醇转化率从85.5％分别提高到92.9％和92.1％。本文将负载型Cu2O催化剂应用于环己醇脱氢反应，通过对载体的优化和添加助剂来提高催化剂的活性和选择性，为环己醇脱氢制环己酮开辟新的催化剂体系提供了借鉴与参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 环己醇脱氢制环己酮的研究现状
• 1.1.1 环己醇脱氢催化剂的研究进展
• 1.1.2 环己醇脱氢催化剂的制备方法
• 1.1.3 环己醇脱氢制环己酮的反应机理
• 1.2 Cu（I）催化剂的研究进展
• 1.2.1 Cu（I）在催化领域的应用
• 2O催化剂的制备方法'>1.2.2 Cu₂O催化剂的制备方法
• 1.3 选题的根据和意义
• 1.4 创新之处
• 第2章 实验方法和数据处理
• 2.1 主要原料
• 2.2 催化剂的制备
• 2.2.1 载体的制备
• 2.2.2 催化剂的制备
• 2.3 催化剂活性评价
• 2.4 催化剂的物性表征
• 2.4.1 X射线衍射（XRD）分析
• 2.4.2 X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）分析
• 2.4.3 透射电子显微镜（TEM）分析
• 2.4.4 红外（IR）分析
• 2.4.5 比表面积的测定
• 2.4.6 程序升温还原（TPR）、程序升温脱附（TPD）
• 2.5 实验部分
• 2.5.1 催化剂的选择性计算
• 2.5.2 产率的计算
• 2O催化剂的制备及其催化环己醇脱氢'>第3章 MgO负载Cu₂O催化剂的制备及其催化环己醇脱氢
• 2O/MgO催化剂比表面积及催化性能的影响'>3.1 水合肼和NaOH用量对Cu₂O/MgO催化剂比表面积及催化性能的影响
• 3.2 XRD分析
• 3.3 TEM分析
• 3.4 TPR分析
• 3.5 XPS和 AES分析
• 2O/MgO催化剂与传统Cu/MgO催化剂活性的比较'>3.6 Cu₂O/MgO催化剂与传统Cu/MgO催化剂活性的比较
• 3.7 本章小结
• 2O催化剂催化环己醇脱氢的影响'>第4章 MgO/海泡石复合载体及MgO的制备方法对Cu或Cu₂O催化剂催化环己醇脱氢的影响
• 4.1 MgO/海泡石复合载体负载Cu催化剂催化环己醇脱氢的研究
• 4.1.1 不同比利复合载体对催化剂比表面积的影响
• 4.1.2 不同比利复合载体催化剂活性的比较
• 4.1.3 不同比利复合载体催化剂选择性的比较
• 4.1.4 催化剂的XRD分析
• 4.1.5 催化剂的红外光谱分析
• 3-TPD研究'>4.1.6 催化剂的NH₃-TPD研究
• 4.1.7 催化剂的TPR研究
• 2O催化剂催化环己醇脱氢'>4.2 MgO/海泡石复合载体负载Cu₂O催化剂催化环己醇脱氢
• 2O催化剂催化性能的影响'>4.2.1 不同载体对Cu₂O催化剂催化性能的影响
• 2O催化剂还原性能的影响'>4.2.2 不同载体对Cu₂O催化剂还原性能的影响
• 2O/MgO催化剂催化环己醇脱氢性能的影响'>4.3 MgO的不同制备方法对Cu₂O/MgO催化剂催化环己醇脱氢性能的影响
• 4.3.1 载体的不同制备方法对催化剂催化性能的影响
• 4.3.2 载体的不同制备方法对催化剂比表面积的影响
• 4.3.3 载体的不同制备方法对催化剂还原性能的影响
• 4.4 本章小结
• 2O/MgO催化剂改性的研究'>第5章 不同助剂对Cu₂O/MgO催化剂改性的研究
• 2O/MgO催化剂的改性研究'>5.1 过渡金属元素对Cu₂O/MgO催化剂的改性研究
• 2O/MgO催化剂催化性能的影响'>5.1.1 过渡金属元素改性对Cu₂O/MgO催化剂催化性能的影响
• 2O/MgO催化剂还原性能的影响'>5.1.2 过渡金属元素改性对Cu₂O/MgO催化剂还原性能的影响
• 2O/MgO催化剂的改性研究'>5.2 贵金属元素对Cu₂O/MgO催化剂的改性研究
• 2O/MgO催化剂催化性能的影响'>5.2.1 贵金属元素改性对Cu₂O/MgO催化剂催化性能的影响
• 2O/MgO催化剂还原性能的影响'>5.2.2 贵金属元素改性对Cu₂O/MgO催化剂还原性能的影响
• 2O/MgO催化剂的改性研究'>5.3 稀土元素对Cu₂O/MgO催化剂的改性研究
• 2O/MgO催化剂催化性能的影响'>5.3.1 稀土元素改性对Cu₂O/MgO催化剂催化性能的影响
• 2O/MgO催化剂还原性能的影响'>5.3.2 铈、钐对Cu₂O/MgO催化剂还原性能的影响
• 2O/MgO催化剂碱性的影响'>5.3.3 铈、钐对Cu₂O/MgO催化剂碱性的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 进一步的工作方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果