本文關(guān)鍵詞：負(fù)載型ZSM-5催化劑用于正己醇催化氧化反應(yīng)的研究

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【摘要】：正己醛作為有機(jī)中間體,是合成香料等有機(jī)物的重要原料,目前合成正己醛的方法中,正己醇的催化氧化法因高效且操作簡便而受到廣泛關(guān)注。本文以ZSM-5為載體,采用等體積浸漬法制備負(fù)載金屬氧化物的催化劑,將其用于正己醇催化氧化合成正己醛的反應(yīng)當(dāng)中,考察改性后催化劑催化性能的變化,并通過XRD、BET、SEM、FT-IR、 TG、NH3-TPD等表征手段分析催化劑的微觀結(jié)構(gòu)和理化特性,對催化性能的變化予以解釋。文章主要研究內(nèi)容如下：ZSM-5分子篩因具有獨特的孔結(jié)構(gòu)和活性中心表現(xiàn)出一定的催化活性。在其上負(fù)載例如Cr、Al、Bi、Mg等金屬的氧化物都會提升催化劑的活性。這是因為負(fù)載的金屬氧化物會增強(qiáng)催化劑的表面酸性,提高活性中心數(shù)目,利于反應(yīng)的進(jìn)行,當(dāng)負(fù)載Cr_2O_3時效果最佳。Cr_2O_3的負(fù)載量和焙燒溫度的不同都會影響Cr_2O_3/ZSM-5的催化性能。適宜的負(fù)載量和焙燒溫度可以保持催化劑原本較大的比表面積,孔容和孔徑,增強(qiáng)催化劑表面的酸性,提升活性中心數(shù)目,并使Cr_2O_3高度分散在ZSM-5的表面和孔道中,為正己醇分子和氧分子的吸附提供豐富的通道,促使反應(yīng)的進(jìn)行,表現(xiàn)出更好的催化活性。負(fù)載量過少,催化效果不明顯,負(fù)載量過多會導(dǎo)致過多的Cr_2O_3聚集成團(tuán)堵塞催化劑孔道阻礙物質(zhì)之間的交換。焙燒溫度過低不能達(dá)到焙燒效果,過高則會使金屬氧化物燒結(jié)而降低催化活性。當(dāng)負(fù)載量為5%,焙燒溫度為500℃時Cr_2O_3/ZSM-5催化效果最好。向Cr_2O_3/ZSM-5上負(fù)載Bi_2O_3,制備雙組分金屬氧化物負(fù)載的催化劑’,可以有效提高催化活性。這是因為Bi_2O_3的負(fù)載可以提升Cr_2O_3在ZSM-5上的分散程度,并且為催化劑提供必要的活性中心,使反應(yīng)物更好的與活性位點結(jié)合,促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行,表現(xiàn)出更好的催化活性。此時5%Cr_2O_3-2% Bi_2O_3/ZSM-5對正己醇的轉(zhuǎn)化率為22.3%,正己醛的收率和選擇性為8.7%和39.1%。通過優(yōu)化正己醇催化氧化正己醛反應(yīng)中的工藝條件,來提高5%Cr_2O_3-2% Bi_2O_3/ZSM-5的催化性能。優(yōu)化后的工藝條件為：反應(yīng)溫度140℃、反應(yīng)時間5h,催化劑投加量為30ml正己醇對應(yīng)1g催化劑。對催化劑穩(wěn)定性的研究中發(fā)現(xiàn),重復(fù)使用3次的5%Cr_2O_3-2% Bi_2O_3/ZSM-5雖然催化活性有所下降,但依舊保持較高的性能。此時正己醇的轉(zhuǎn)化率為23.3%,正己醛的收率和選擇性分別為7.1%和30.5%。
【關(guān)鍵詞】：金屬氧化物 正己醛 負(fù)載 活性中心
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TQ225.125
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 醇類催化氧化11-16
• 1.1.1 釕系催化劑11-12
• 1.1.2 鈀系催化劑12-13
• 1.1.3 鉬鎢催化劑13-14
• 1.1.4 鈷系催化劑14-15
• 1.1.5 其他催化劑15-16
• 1.2 ZSM-5分子篩16-18
• 1.2.1 ZSM-5結(jié)構(gòu)16
• 1.2.2 ZSM-5的合成16-17
• 1.2.3 ZSM-5的應(yīng)用17-18
• 1.2.4 ZSM-5的前景18
• 1.3 正己醛的合成18-19
• 1.3.1 己酸鈣制備18
• 1.3.2 溴代烷制備18-19
• 1.3.3 氯代烷制備19
• 1.3.4 催化脫氫法19
• 1.3.5 催化氧化法19
• 1.4 課題研究思路和方法19-20
• 1.4.1 研究思路19-20
• 1.4.2 研究方法20
• 1.5 研究內(nèi)容20-21
• 第二章 實驗部分21-27
• 2.1 實驗試劑及儀器21-22
• 2.1.1 實驗儀器21
• 2.1.2 實驗試劑21-22
• 2.2 催化劑的制備22
• 2.2.1 載體預(yù)處理22
• 2.2.2 制備方法22
• 2.3 催化劑性能評價22-24
• 2.3.1 實驗原理22-23
• 2.3.2 實驗裝置和方法23
• 2.3.3 反應(yīng)產(chǎn)物檢測和數(shù)據(jù)處理23-24
• 2.4 催化劑表征24-27
• 2.4.1 X-射線粉末衍射24
• 2.4.2 掃描電鏡24-25
• 2.4.3 傅里葉紅外光譜25
• 2.4.4 N_2吸附-脫附25
• 2.4.5 熱重25
• 2.4.6 氨程序升溫脫附25-27
• 第三章 負(fù)載型催化劑催化性能27-53
• 3.1 引言27
• 3.2 單組分活性金屬的篩選27-35
• 3.2.1 不同金屬負(fù)載催化劑的催化性能28-29
• 3.2.2 不同金屬負(fù)載的催化劑表征29-34
• 3.2.3 本節(jié)小結(jié)34-35
• 3.3 不同負(fù)載量對催化劑性能的影響35-40
• 3.3.1 不同負(fù)載量催化劑性能35-36
• 3.3.2 不同負(fù)載量催化劑表征36-39
• 3.3.3 本節(jié)小結(jié)39-40
• 3.4 焙燒溫度對催化劑性能影響40-45
• 3.4.1 不同焙燒溫度催化劑催化性能40-42
• 3.4.2 不同焙燒溫度催化劑表征42-45
• 3.4.3 本節(jié)小結(jié)45
• 3.5 雙組分負(fù)載催化劑催化性能45-53
• 3.5.1 制備負(fù)載雙組分金屬氧化物催化劑46
• 3.5.2 雙組分負(fù)載催化劑的催化性能46-47
• 3.5.3 負(fù)載量對催化性能的影響47-48
• 3.5.4 雙組分負(fù)載催化劑的表征48-52
• 3.5.5 本節(jié)小結(jié)52-53
• 第四章 工藝條件優(yōu)化和反應(yīng)動力學(xué)53-63
• 4.1 反應(yīng)溫度53-54
• 4.2 反應(yīng)時間54-55
• 4.3 催化劑投加量55-56
• 4.4 穩(wěn)定性測試56-59
• 4.4.1 反應(yīng)條件56
• 4.4.2 回收方法56
• 4.4.3 催化性能56
• 4.4.4 回收催化劑的表征56-59
• 4.5 反應(yīng)動力學(xué)59-62
• 4.5.1 動力學(xué)模型59-60
• 4.5.2 動力學(xué)分析60-62
• 4.6 本章小結(jié)62-63
• 全文總結(jié)和展望63-65
• 總結(jié)63-64
• 展望64
• 創(chuàng)新64-65
• 參考文獻(xiàn)65-71

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本文編號：746000