催化精馏固体碱催化剂制备研究

论文摘要

催化精馏是重要的过程强化技术,它耦合了催化反应与精馏分离在一个塔中同时进行,具有转化率和选择性高、能耗低等优点。目前催化精馏工艺中常用的催化剂是分子筛和离子交换树脂,但其存在着精馏作用不明显、催化效能不能充分发挥等缺点,限制了其在工业上的应用。随着人们对环境的重视和绿色化学的发展,绿色催化剂成为化工行业研究的热点。固体碱催化剂与其他催化剂相比,具有活性高、反应条件温和及选择性好、产物易于分离等优点,可望成为新一代环境友好催化材料。而在工业生产中固体碱的应用却很少。所以研究并开发出一种催化精馏用固体碱催化剂是一项非常有意义的工作。采用铝阳极氧化法制备了填料型A1203-A1载体,经浸渍法制得填料型MgO/Al2O3-Al固体碱催化剂。并以丙酮缩合为模型反应,考察了所制备固体碱催化剂的催化性能。催化反应中的制备条件包括硝酸镁与硬脂酸的摩尔比、老化时间、焙烧时间和焙烧温度,并把该催化剂应用于丙酮缩合制二丙酮醇的反应中。每一个因素都对催化剂的活性有影响。在最佳制备条件下,得到丙酮转化率为20.2%,选择性为100%。催化剂催化活性还受到反应条件的影响,本实验也对此进行了研究。结果表明,最合适的催化剂用量为3.0g,最适宜的反应时间为120min,并且该催化剂具有稳定的催化活性,转化率提高到26.2%。采用BET、XRD和CO2-TPD等表征手段对MgO/Al2O3-Al固体碱催化剂进行了分析。结果表明：随着水浴温度的升高,催化剂样品的孔容增大,孔径减小,BET比表面积增大。XRD表明MgO在Al2O3-Al上处于高度分散状态。制备的MgO/Al2O3-Al固体碱催化剂表面存在弱、中强两种类型碱性位。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 催化精馏技术
• 1.1.1 催化精馏的发展概况
• 1.1.2 工艺特点
• 1.1.3 工艺要求
• 1.1.4 催化精馏的应用范围
• 1.1.5 催化剂及装填方式
• 1.1.6 催化精馏用催化剂的研究进展
• 1.2 铝阳极氧化
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 多孔阳极氧化招的结构与表征
• 1.2.3 铝阳极氧化机理
• 1.2.4 制备条件对阳极氧化铝模板的影响
• 1.2.5 多孔阳极氧化铝膜在催化方面的应用研究
• 1.3 丙酮制备二丙酮醇生产工艺
• 1.4 本文的目的
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料与仪器
• 2O₃-Al固体碱催化剂的制备'>2.2 MgO/Al₂O₃-Al固体碱催化剂的制备
• 2O₃-Al载体的制备'>2.2.1 多孔阳极氧化铝Al₂O₃-Al载体的制备
• 2O₃-Al固体碱催化剂的制备'>2.2.2 MgO/Al₂O₃-Al固体碱催化剂的制备
• 2.3 催化剂的活性评价
• 2.4 反应产物的测定
• 2.5 催化剂表征
• 2.5.1 XRD分析
• 2.5.2 BET比表面积实验
• 2-TPD分析表征'>2.5.3 CO₂-TPD分析表征
• 第三章 实验结果与讨论
• 3.1 制备条件对催化剂活性的影响
• 3.1.1 硬脂酸与硝酸镁物质量之比对催化剂活性的影响
• 3.1.2 老化时间对催化剂活性的影响
• 3.1.3 焙烧温度对催化剂活性的影响
• 3.1.4 焙烧时间对催化剂活性的影响
• 3.2 催化剂性能受反应条件的影响
• 3.2.1 反应时间对丙酮转化率的影响
• 3.2.2 催化剂用量对催化剂活性的影响
• 3.2.3 催化剂的重复使用性能
• 3.3 BET实验的结果与分析
• 2O₃-Al催化剂的BET实验'>3.3.1 不同焙烧温度制备的MgO/Al₂O₃-Al催化剂的BET实验
• 2O₃-Al载体性能的BET表征'>3.3.2 不同水封时间的Al₂O₃-Al载体性能的BET表征
• 3.4 XRD实验结果与分析
• 2-TPD实验的结果与分析'>3.5 CO₂-TPD实验的结果与分析
• 第四章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间研究成果