糠醛和乙酰丙酸均是重要的生物質(zhì)平臺化合物,通過加氫反應可以制備多種高附加值化學品和燃料。高效穩(wěn)定的催化劑對兩者的加氫反應極為重要,目前對催化劑的研究主要集中在多金屬催化劑且載體大多為金屬氧化物,對碳基非貴金屬催化劑的研究較少。以生物質(zhì)為原料,可制備功能性碳材料,應用于吸附,電極材料,催化劑載體等方面,其中,碳材料由于自身優(yōu)異的特性適合做催化劑載體�；诖�,本課題以柚子皮為原料,發(fā)展了一種簡單綠色的生物質(zhì)碳基材料負載納米金屬催化劑的制備方法,同時對催化劑形成機理進行了探究,并通過糠醛和乙酰丙酸的加氫反應對催化劑的加氫性能進行了研究。生物質(zhì)碳基材料負載納米金屬催化劑是以柚子皮為碳源,硝酸鹽為金屬源,采用簡單綠色的原位碳化還原法浸漬煅燒制備而得,共制備了Fe/C,Co/C,Ni/C,Cu/C四種催化劑,其中Ni/C和Cu/C催化劑的粒徑分別為4.2nm和8.6nm。對催化劑進行了一系列的表征,研究發(fā)現(xiàn),即使在沒有額外還原的條件下,催化劑所負載的金屬仍能保持還原態(tài)。結(jié)合相關的參考文獻,在文中給出了可能的催化劑形成機理,為生物質(zhì)原位碳化還原制備碳基金屬催化劑提供了參考。Cu基催化劑通常對糠醛加氫制備糠醇有較高的選擇性,故將制備所得的Cu/C催化劑用于糠醛加氫反應檢測其加氫性能。對糠醛溶液濃度,反應溫度,反應時間,催化劑負載量,催化劑煅燒溫度進行了考察,在這其中,煅燒溫度會極大的影響催化劑的粒徑及分散度,導致其催化性能的變化。通過優(yōu)化實驗,確定了糠醛加氫反應在催化劑煅燒溫度為400℃,反應溫度為170℃,H_2壓力為2MPa,反應時間為3 h時,反應效果最好,糠醛的轉(zhuǎn)化率和糠醇的選擇性分別高達99.6%和99.3%,且Cu/C催化劑具有較高的糠醇選擇性,在反應溫度升至240℃時,對糠醇的選擇性仍然保持在97.3%。Cu/C催化劑循環(huán)性能優(yōu)異,在10次循環(huán)后糠醛轉(zhuǎn)化率依舊保持在90%以上(90.3%),沒有出現(xiàn)明顯的催化劑失活現(xiàn)象。為檢測Ni/C催化劑的加氫性能,將其應用于乙酰丙酸加氫反應中。為對比反應效果,采用碳熱還原法制備了活性碳負載鎳催化劑Ni/AC和生物質(zhì)碳負載鎳催化劑Ni/DC。三種催化劑在物相組成及形貌上有較大的差異,這種差異導致了它們在乙酰丙酸加氫反應中不同的催化性能。考察了不同反應條件對乙酰丙酸加氫性能的影響,發(fā)現(xiàn)在反應溫度為160℃,反應時間為3 h,氫氣壓力為4MPa的條件下,反應效果最好,乙酰丙酸的轉(zhuǎn)化率和γ-戊內(nèi)酯的產(chǎn)率分別為100%和94.2%。Ni/C催化劑在第六次循環(huán)反應中明顯失活,分析表明,其失活原因主要是活性相Ni的氧化及流失。
【學位單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ426;TB383.1
【部分圖文】：

圖 1.1 木質(zhì)纖維素主要組成成分[21]Figure 1.1 The main components of lignocellulose[21]生物質(zhì)，首先要對其進行剖析，將其物理結(jié)構(gòu)是高效利用生物質(zhì)的充分必要條件。如前所轉(zhuǎn)化利用的生物質(zhì)主要為農(nóng)林剩余物，屬于素、半纖維素、木質(zhì)素和其他微量組分如無，它由葡萄糖組成，在有機物中占有很大比例成成分，它由五碳糖和六碳糖組成，是一種異，它是一種復雜的酚類化合物，由三種醇單體組醇。不同的生物質(zhì)三種主要成分的比例不同，維素，半纖維素和木質(zhì)素分別占 15-20%，25-3幾種生物質(zhì)組成如表 1.1。

35-40 17-35 33-41 32-36 28-36 12-29 25-45 28-32 ，簡單的燃燒絕非生物質(zhì)利用的最佳手段，將其制備其用，包括溶劑，液體燃料，化學品等。直接燃燒是類在進入煤炭時代之前是以燒木柴為主，這種利用方化為熱能，生物質(zhì)燃燒發(fā)電廠就是采取這種利用方式方式：物理轉(zhuǎn)化，化學轉(zhuǎn)化和生物轉(zhuǎn)化。物理轉(zhuǎn)化是固體燃料用來直接燃燒，通過對原料的壓縮，可以減和燃燒設備的空間利用率。化學轉(zhuǎn)化中重要的一個解技術(shù)、高溫干餾技術(shù)、氣化技術(shù)和液化技術(shù)。熱化低的生物質(zhì)資源通過加氫脫氧，轉(zhuǎn)化為高品位的燃轉(zhuǎn)化技術(shù)包括生物質(zhì)水解技術(shù)，厭氧發(fā)酵技術(shù)和生物和對應的產(chǎn)品如圖 1.2 所示。

為重要的生物質(zhì)平臺化合物，可以通過各類反應制備高氧化反應可以制備糠酸，呋喃甲酸等[37]；通過加氫反應可lcohol,FA），四氫糠醇（Tetrahydrofurfurylalcohol,THF）uran,2-MF），2-甲基四氫呋喃（2-methyltetrahydrofuran,三聚氰胺或丙酮進行縮合反應制備熱塑性樹脂，塑料等還可以通過加氫脫氧提高其能量密度，制備一系列的呋

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本文編號：2809550