Pd/γ-Al2O3/堇青石结构化催化剂的制备、表征及其应用

论文摘要

近几十年来,对化工过程的发展方向的要求越来越严格,安全、高效与环境友好逐渐成为发展的方向。因此,该领域的新技术、新设备以及过程的强化得到了不断发展,相同的要求在催化过程领域也被提出。结构化催化剂的特点在结构化催化剂中,由于存在相互平行的载体通道,这就使得为结构化催化剂的活性组分与反应气体接触变得十分容易,而且对反应器内压降的降低起到了促进作用。目前,结构化反应器因其催化床层压降低,传热传质性能好,催化剂利用率高,放大效应小等无可比拟的优点逐渐引起注意。良好的催化剂和与之相适应的反应器可以极大的提高反应效率,因此,结构化催化剂的应用前景是光明的。本文在堇青石结构化载体上涂覆高比表面积的γ-Al2O3,从而增大结构化载体比表面积,提高反应效率和选择性,并在不同条件下制备出结构化催化剂,以催化加氢合成间-苯二胺作为模型反应,研究上述催化剂的制备-结构-性能关系,对结构化催化剂进行活性评价。本实验在堇青石结构化基体上涂覆一层γ-Al2O3来增加催化剂的比表面积,再采用浸渍法制备出结构化催化剂,考察了Pd含量、焙烧温度、还原温度、助剂含量以及反应时间等因素对结构化催化剂性能的影响,并通过XRD、BET、TEM、H2-TPR等手段进行表征。结果表明,活性组分Pd的负载量很少,催化剂的比表面积很小,采用过量浸渍法制备的催化剂颗粒较大,且随着活性组分的增加Pd颗粒逐渐增大,还原温度逐渐降低。催化剂最佳的制备条件为活性组分含量Pd负载量为0.5%,焙烧温度为773K,还原温度为623K。本文还考察了结构化反应器中加氢反应温度、压力、时间、助剂及其含量等因素对间-二硝基苯加氢反应的影响。结果表明,最佳的反应温度为373K,反应压力为3.0MPa,助剂能改善催化剂的活性,最佳Pd:Pt为2:1。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 间-苯二胺性质及用途
• 1.1.1 间-苯二胺理化性质
• 1.1.2 间-苯二胺的生产与市场状况
• 1.2 间-苯二胺的合成技术进展
• 1.2.1 化学还原法
• 1.2.2 催化加氢法
• 1.3 间-二硝基苯催化加氢合成间-苯二胺反应器研究进展
• 1.3.1 釜式反应器
• 1.3.2 固定床反应器
• 1.3.3 其它反应器
• 1.4 催化加氢合成间-苯二胺结构化催化剂研究进展
• 1.4.1 结构化催化剂载体
• 1.4.2 结构化催化剂涂层
• 1.4.3 结构化催化剂的应用
• 1.5 课题研究意义及本论文主要工作
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验材料及主要仪器
• 2.1.1 实验试剂及原料
• 2.1.2 主要实验仪器
• 2.2 结构化载体涂层的制备
• 2.2.1 堇青石蜂窝陶瓷的预处理
• 2.2.2 涂层的制备
• 2.3 结构化催化剂的制备
• 20₃/堇青石催化剂的制备'>2.3.1 Pd/γ-Al₂0₃/堇青石催化剂的制备
• 2.3.2 Pd-Pt/γ-Al203/堇青石催化剂的制备
• 2.4 结构化载体涂层性能的测试与表征
• 2.4.1 X 射线衍射（XRD）
• 2.4.2 透射电子显微镜（TEM）
• 2.4.3 比表面积测定（BET）
• 2-TPR）'>2.4.4 还原温度测定（H₂-TPR）
• 2.4.5 涂层稳定性测试
• 2.5 结构化催化剂的活性评价
• 2.5.1 评价装置
• 2.5.2 操作条件
• 2.5.3 操作步骤
• 2.6 产物分析
• 2.6.1 定性分析
• 2.6.2 定量分析
• 2.6.3 反应活性及选择性计算方法
• 第3章 结构化催化剂的制备与表征
• 3.1 引言
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 不同Pd 负载量结构化催化剂XRD 结果
• 3.2.2 不同Pd 负载量结构化催化剂TEM 结果
• 2-TPR 结果'>3.2.3 不同Pd 负载量结构化催化剂H₂-TPR 结果
• 3.2.4 Pd 负载量对结构化催化剂催化加氢性能的影响
• 3.2.5 不同焙烧温度结构化催化剂BET 结果
• 3.2.6 焙烧温度对结构化催化剂加氢性能的影响
• 3.2.7 还原温度对结构化催化剂性能的影响
• 3.2.8 助剂对结构化催化剂性能的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 Pd/γ-Al203/堇青石结构化催化剂的活性评价
• 4.1 引言
• 4.2 反应装置的建立
• 4.2.1 理论基础
• 4.2.2 结构化反应器
• 4.2.3 装置流程图
• 4.2.4 操作条件
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 反应温度对间-二硝基苯催化加氢的影响
• 4.3.2 反应压力对间-二硝基苯催化加氢的影响
• 4.3.3 反应时间对间-二硝基苯催化加氢的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文情况
• 附图
• 致谢