本文關(guān)鍵詞：木質(zhì)素快速熱解催化重整制備芳香烴的研究

  更多相關(guān)文章： 木質(zhì)素 快速催化熱解 芳烴化合物 分子篩催化劑 金屬負(fù)載改性

【摘要】：作為生物質(zhì)三大組分之一,木質(zhì)素是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的三維網(wǎng)狀芳香類天然高聚物。它來源廣泛、儲量豐富、可再生,通過快速熱解可制備苯、甲苯等高價值化學(xué)品,具有巨大的應(yīng)用前景。但木質(zhì)素快速熱解所生成的中間產(chǎn)物苯環(huán)上的酚羥基難于切除,導(dǎo)致芳香烴的產(chǎn)量和選擇性不高。本課題選取黑液木質(zhì)素及其主要熱解產(chǎn)物作為原料,在未改性和金屬負(fù)載改性催化劑體系下,進(jìn)行制備芳烴化合物的研究,探索其脫氧反應(yīng)機(jī)理。首先,通過Py-GC/MS研究了不同熱解溫度對木質(zhì)素直接快速熱解的影響,發(fā)現(xiàn)芳香族化合物的總生成量在700℃時達(dá)到最大值,目標(biāo)產(chǎn)物芳烴類化合物只有在熱解溫度超過700℃時才開始生成,其生成量隨著溫度的升高而增加。在木質(zhì)素直接快速熱解產(chǎn)物中,愈創(chuàng)木酚、4-甲基愈創(chuàng)木酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚和4-乙烯基愈創(chuàng)木酚是愈創(chuàng)木酚類化合物中的主要產(chǎn)物；紫丁香酚是紫丁香酚類化合物中的主要產(chǎn)物；苯酚、甲基苯酚和乙基苯酚是苯酚類化合物中的主要產(chǎn)物。其次,通過考察HZSM-5(25)作用下不同反應(yīng)溫度對愈創(chuàng)木酚催化重整后芳烴化合物的總產(chǎn)率和反應(yīng)后催化劑上的碳產(chǎn)率的影響,選定600℃作為研究木質(zhì)素主要熱解產(chǎn)物催化重整制備芳烴化合物的反應(yīng)溫度。在此溫度下,研究了6種分子篩催化劑(H-β、 H-USY、HZSM-5(25)、HZSM-5(38)、HZSM-5(50)、HZSM-5(200))及金屬(Ni、Co、 Fe, Pd)負(fù)載改性HZSM-5型催化劑對木質(zhì)素主要熱解產(chǎn)物催化轉(zhuǎn)化為芳烴化合物的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),HZSM-5(25)催化劑是對愈創(chuàng)木酚類熱解產(chǎn)物和紫丁香酚催化重整制備芳烴化合物促進(jìn)效果最佳的催化劑；H-USY分子篩對苯酚脫氧生成苯的促進(jìn)效果最好。當(dāng)HZSM-5催化劑的酸強(qiáng)度及酸量增加時,酚類化合物的脫甲氧基反應(yīng)以及脫羥基反應(yīng)也隨之增強(qiáng),生成更多的芳烴類化合物。三種不同孔道結(jié)構(gòu)的分子篩催化劑相比,H-β催化劑的碳產(chǎn)率最高；在不同硅鋁比的HZSM-5催化劑中,當(dāng)催化劑的B酸酸中心數(shù)量增加,催化劑上的積碳量也隨之增加。金屬活性組分的加入使分子篩催化劑的B酸酸量降低,L酸酸量增加,對雙環(huán)芳香烴生成所需的縮聚反應(yīng)及甲基苯酚的脫酚羥基反應(yīng)起到了一定的抑制作用。最后,將在木質(zhì)素主要熱解產(chǎn)物催化重整實(shí)驗(yàn)中篩選出的性能較優(yōu)的金屬負(fù)載型催化劑(1%Ni/HZSM-5(25)、3%Co/HZSM-5(25)、3%Fe/HZSM-5(25)、5%Pd/HZSM-5(25))應(yīng)用于黑液木質(zhì)素快速熱解催化重整實(shí)驗(yàn)中,考察了催化劑作用下溫度對熱解產(chǎn)物分布的影響,發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素快速熱解催化重整制備芳烴化合物的最佳溫度因所使用的催化劑而異。其中,1%Ni/HZSM-5(25)催化劑對應(yīng)的溫度最高,為900℃；而3%Co/HZSM-5(25)催化劑對應(yīng)的溫度最低,700℃C。在所用的4種金屬負(fù)載型催化劑中,催化劑的比表面積和孔容越大,黑液木質(zhì)素?zé)峤獾玫降姆枷阕寤衔锏纳闪烤驮酱�；催化劑的酸�?qiáng)度越高,催化劑在高溫下的活性就越高,所生成芳烴化合物對應(yīng)的最佳溫度也就越高。相關(guān)研究結(jié)果將為木質(zhì)素的高價值化利用及生物質(zhì)的全組分梯級利用奠定理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：木質(zhì)素 快速催化熱解 芳烴化合物 分子篩催化劑 金屬負(fù)載改性
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O636.2;O621.251
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-20
• 1.2.1 熱解條件對木質(zhì)素?zé)峤獾挠绊?/span>13
• 1.2.2 催化劑對木質(zhì)素?zé)峤獾挠绊?/span>13-18
• 1.2.3 木質(zhì)素催化熱解機(jī)理的研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 本課題的研究目的及主要研究內(nèi)容20-23
• 1.3.1 研究目的20
• 1.3.2 主要研究內(nèi)容20-21
• 1.3.3 技術(shù)路線21-23
• 第二章 木質(zhì)素直接快速熱解的研究23-33
• 2.1 引言23-24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分24-26
• 2.2.1 黑液木質(zhì)素的制備24-26
• 2.2.2 黑液木質(zhì)素的快速熱解實(shí)驗(yàn)26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論26-30
• 2.4 本章小結(jié)30-33
• 第三章 木質(zhì)素主要熱解產(chǎn)物催化重整的研究33-61
• 3.1 引言33-34
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分34-36
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料34
• 3.2.2 催化劑的表征34-35
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)裝置及方法35-36
• 3.2.4 產(chǎn)物分析36
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論36-60
• 3.3.1 催化劑的表征結(jié)果36-40
• 3.3.2 HZSM-5(25)作用下不同反應(yīng)溫度對愈創(chuàng)木酚催化重整的影響40-43
• 3.3.3 不同催化劑對愈創(chuàng)木酚催化重整的影響43-46
• 3.3.4 不同催化劑對4-甲基愈創(chuàng)木酚催化重整的影響46-49
• 3.3.5 不同催化劑對4-乙基愈創(chuàng)木酚催化重整的影響49-53
• 3.3.6 不同催化劑對紫丁香酚催化重整的影響53-57
• 3.3.7 不同催化劑對苯酚催化重整的影響57-60
• 3.4 本章小結(jié)60-61
• 第四章 愈創(chuàng)木酚在金屬負(fù)載改性催化劑下的催化重整研究61-77
• 4.1 引言61
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分61-62
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料61-62
• 4.2.2 金屬負(fù)載改性催化劑的制備與表征62
• 4.2.2.1 金屬負(fù)載改性催化劑的制備62
• 4.2.2.2 金屬改性催化劑的表征62
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)裝置及方法62
• 4.2.4 產(chǎn)物分析62
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論62-75
• 4.3.1 催化劑的表征結(jié)果62-67
• 4.3.2 金屬負(fù)載改性催化劑對愈創(chuàng)木酚催化重整的影響67-75
• 4.3.2.1 金屬Ni負(fù)載改性催化劑67-69
• 4.3.2.2 金屬Co負(fù)載改性催化劑69-70
• 4.3.2.3 金屬Fe負(fù)載改性催化劑70-72
• 4.3.2.4 金屬Pd負(fù)載改性催化劑72-75
• 4.4 本章小結(jié)75-77
• 第五章 木質(zhì)素快速熱解催化重整的實(shí)驗(yàn)研究77-87
• 5.1 引言77
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分77-78
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)材料77
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)方法77-78
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論78-85
• 5.3.1 不同催化劑下熱解溫度對黑液木質(zhì)素快速熱解催化重整的影響78-84
• 5.3.1.1 在1%Ni/HZSM-5(25)下木質(zhì)素快速熱解催化重整78-80
• 5.3.1.2 在3%Co/HZSM-5(25)下木質(zhì)素快速熱解催化重整80-81
• 5.3.1.3 在3%Fe/HZSM-5(25)下木質(zhì)素快速熱解催化重整81-83
• 5.3.1.4 在5%Pd/HZSM-5(25)下木質(zhì)素快速熱解催化重整83-84
• 5.3.2 四種催化劑對黑液木質(zhì)素催化效果的對比分析84-85
• 5.4 本章小結(jié)85-87
• 第六章 總結(jié)與展望87-91
• 6.1 主要工作總結(jié)87-89
• 6.2 工作展望與建議89-91
• 參考文獻(xiàn)91-99
• 附錄A 黑液木質(zhì)素及其主要熱解產(chǎn)物催化轉(zhuǎn)化后的絕對峰面積整理99-115
• 附錄B 定量計算所用的外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線115-121
• 攻讀碩士期間獲得成果121-123
• 致謝123

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