本文關(guān)鍵詞：燃燒法制備高活性CuNiM基催化劑及其合成嗎啉的研究

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【摘要】：嗎啉是一種典型的雜環(huán)化合物,在化學(xué)工業(yè)中具有十分廣泛的用途。它作為一種精細(xì)化工中間體被應(yīng)用于醫(yī)藥、殺蟲劑、橡膠和紡織工業(yè)。又由于嗎啉具有優(yōu)良的生物降解性,近些年來,嗎啉以及衍生物還被應(yīng)用于新藥的的合成與制備,具有廣闊的應(yīng)用前景。目前生產(chǎn)嗎啉的方法主要為二甘醇氨化合成嗎啉法,而該方法目前普遍存在著催化劑的活性低,壽命短等問題,因此開發(fā)催化活性高,熱穩(wěn)定性好的催化劑對合成嗎啉產(chǎn)業(yè)具有重大意義。以乙二醇為燃料,銅、鎳為活性組分,氧化鋁為載體,采用燃燒法制備了CuxNiyO/A1203催化劑,對催化劑的制備條件進行優(yōu)化,并使用鑭元素對催化劑進行改性。考察了在相同的反應(yīng)條件下,燃燒法制備的催化劑與浸漬法制備的催化劑活性及催化劑熱穩(wěn)定性的差別。實驗結(jié)果如下：在溫度為230℃,壓力為1.7 MPa,二甘醇空速為0.4 mL·g-1·h-1,氨醇比為10：1的條件下,燃燒法制備的催化劑具有優(yōu)良的性能,嗎啉的選擇性可達到94.7%,二甘醇的轉(zhuǎn)化率為98.2%。另一方面,熱穩(wěn)定性實驗表明,燃燒法制備的催化劑在290℃下反應(yīng)3小時后,嗎啉的選擇性仍然能保持在93.2%,二甘醇的轉(zhuǎn)化率保持在95.7%,這與常規(guī)浸漬法相比分別提高了26.7%和15.3%。通過SEM-EDS、XRD、BET、TPR、N20吸附、XPS等手段對催化劑進行表征,結(jié)果表明：與常規(guī)浸漬法相比,燃燒法制備的催化劑在較高的銅含量的情況下還能保持相對較高的分散度以及較小的晶粒尺寸。鑭元素的加入不僅可以阻止銅顆粒的團聚,同時還可以促進表面晶格缺陷的形成,從而提高催化劑的熱穩(wěn)定性。以乙二醇為燃料,銅、鎳為活性組分,氧化鋁為載體,采用浸漬燃燒法制備了Cu-NiO@γ-Al2O3催化劑,并對比了該法制備的催化劑和燃燒法、浸漬法制備的催化劑單位時間的生產(chǎn)能力。另一方面,還考察了鋁、鎂、鑭、鋅元素的摻雜對催化劑的高溫穩(wěn)定性的影響。通過SEM、XRD、TPR等手段對催化劑進行表征,結(jié)果表明：與常規(guī)浸漬法相比,浸漬燃燒法制備的催化劑不僅能保持相對較高的銅的分散度以及較小的晶粒尺寸；同時,在催化劑載體表面,焙燒過程能夠形成孔道結(jié)構(gòu),使得反應(yīng)物能夠在催化劑表面更加充分的接觸而加快反應(yīng)速率。這使得在同樣的反應(yīng)條件下,當(dāng)空速為0.6 mL·g-1·h-1時,浸漬燃燒法制備的催化劑嗎啉的收率可達93%,而燃燒法和浸漬法只能分別達到84%和63%,遠(yuǎn)低于前者。另一方面,浸漬燃燒法制備催化劑的過程中加入鋁、鎂、鑭、鋅元素均對催化劑的熱穩(wěn)定性有較大的提升。其中,摻雜鋅的催化劑具有最優(yōu)的高溫穩(wěn)定性,在290℃反應(yīng)5小時后,嗎啉的收率由原來的94%降到了93%。同時對摻雜鋅的催化劑進行壽命實驗,結(jié)果表明,在常規(guī)反應(yīng)條件下,催化劑經(jīng)60小時的反應(yīng)后,二甘醇的轉(zhuǎn)化率由原來的98%降到了97%左右,嗎啉選擇性由95%降至93%,表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：嗎啉合成 燃燒法 CuNiM基催化劑 熱穩(wěn)定性 催化活性
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;O626
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 符號說明11-12
• 第一章 文獻綜述12-23
• 1.1 嗎啉的性質(zhì)12-13
• 1.2 嗎啉及衍生物的應(yīng)用13-14
• 1.2.1 橡膠助劑13
• 1.2.2 醫(yī)藥13
• 1.2.3 緩蝕劑13
• 1.2.4 其他13-14
• 1.3 嗎啉的合成工藝14
• 1.4 二甘醇催化氨化合成嗎啉14-16
• 1.4.1 二甘醇催化氨化合成嗎啉的反應(yīng)機理15
• 1.4.2 二甘醇催化氨化合成嗎啉的工藝15-16
• 1.5 催化劑16-21
• 1.5.1 催化劑的活性組分16-18
• 1.5.2 催化劑的助劑18-19
• 1.5.3 催化劑的載體19
• 1.5.4 催化劑的制備方法19-21
• 1.6 選題意義及研究目的21-23
• 第二章 實驗部分23-28
• 2.1 實驗試劑及儀器23
• 2.2 催化劑制備23-24
• 2.2.1 燃燒法制備Cu_xNi_yO/Al_2O_3催化劑24
• 2.2.2 溶液燃燒法制備Cu-NiO@γ-Al_2O_3催化劑24
• 2.3 催化劑樣品表征24-26
• 2.3.1 X射線衍射(XRD)分析24-25
• 2.3.2 低溫氮氣吸附-脫附(BET)實驗25
• 2.3.3 掃描電鏡(SEM-EDS)分析25
• 2.3.4 程序升溫還原(TPR)分析25
• 2.3.5 X射線光電子能譜(XPS)25
• 2.3.6 金屬銅比表面積測定25-26
• 2.3.7 氣相色譜(GC)分析26
• 2.4 催化劑性能評測26-28
• 第三章 燃燒法制備非負(fù)載型Cu_xNi_yO/Al_2O_3催化劑的研究28-47
• 3.1 引言28-29
• 3.2 非負(fù)載型Cu_xNi_yO/Al_2O_3催化劑制備條件優(yōu)化29-31
• 3.2.1 催化劑的焙燒溫度29-30
• 3.2.2 乙二醇燃料的用量30-31
• 3.2.3 銅、鋁摩爾比的確定31
• 3.3 Cu_xNi_yO/Al_2O_3催化劑的表征及分析31-38
• 3.3.1 掃描電鏡、元素面掃描(SEM-EDS)31-33
• 3.3.2 X射線衍射分析(XRD)33-34
• 3.3.3 氫氣升溫還原(H_2-TPR)34-35
• 3.3.4 氮氣吸附脫附、N_2O滴定35-36
• 3.3.5 X射線光電子能譜(XPS)36-38
• 3.4 反應(yīng)條件的影響研究38-42
• 3.4.1 反應(yīng)溫度38-39
• 3.4.2 二甘醇空速39-40
• 3.4.3 壓力40-41
• 3.4.4 氨醇比41-42
• 3.5 La摻雜對Cu_xNi_yO/Al_2O_3催化劑性能的影響42-43
• 3.6 Cu_xNi_yO/Al_2O_3催化劑的熱穩(wěn)定實驗43-45
• 3.7 本章小結(jié)45-47
• 第四章 浸漬燃燒法制備負(fù)載型Cu-NiO@γ-Al_2O_3催化劑的研究47-56
• 4.1 引言47
• 4.2 Cu-NiO@γ-Al_2O_3催化劑的制備47
• 4.3 Cu-NiO@γ-Al_2O_3催化劑的表征及分析47-50
• 4.3.1 掃描電鏡圖(SEM)47-48
• 4.3.2 X射線衍射分析(XRD)48-49
• 4.3.3 氫氣程序升溫還原(H_2-TPR)49-50
• 4.4 Cu-NiO@γ-Al_2O_3催化劑活性評測50-52
• 4.4.1 空速對比實驗50-51
• 4.4.2 鋁元素用量對催化劑活性的影響51-52
• 4.5 Cu-NiO@γ-Al_2O_3催化劑的熱穩(wěn)定及壽命實驗52-54
• 4.5.1 鋁元素含量對熱穩(wěn)定的影響52-53
• 4.5.2 摻雜La、Zn、Mg對催化劑熱穩(wěn)定的影響53-54
• 4.5.3 催化劑的壽命實驗54
• 4.6 本章小結(jié)54-56
• 第五章 結(jié)論與展望56-58
• 5.1 實驗結(jié)論56-57
• 5.2 展望57-58
• 參考文獻58-65
• 致謝65-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄66

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