本文選題：乙酸乙酯 + 分子模擬��； 參考：《天津大學》2010年碩士論文

【摘要】：乙酸乙酯是一種用途廣泛的大宗化學品。乙醇一步法制備乙酸乙酯可采用單一生物乙醇作原料,無污染腐蝕性小,近些年來廣受關(guān)注。該方法所使用的催化劑主要是銅鉻催化劑,可以應用于工業(yè)化生產(chǎn)。對于該反應吸附方面的研究目前只是借助實驗手段,由于實驗手段的局限性,有些方面無法探測,并且缺乏深入的認識,亟待展開研究。 本文采用分子模擬方法研究了乙醇一步法制備乙酸乙酯反應中各物種在Cu、Cr_2O_3和Cu/Cr_2O_3催化劑上的吸附行為,深入探究和解釋影響催化劑不同吸附性能的原因,并設計了驗證性實驗,以期更好地指導實踐。 采用蒙特卡羅和分子動力學模擬方法研究乙醇一步法制備乙酸乙酯反應中的物種CH_3CH_2OH、CH_3CHO、CH_3CH_2OOCCH_3、CH_3CH_2O、CH_3CO、H_2和H在Cu、Cr_2O_3和Cu/Cr_2O_3催化劑上的吸附行為。結(jié)果表明物種在三種催化劑上均有明顯的吸附作用,吸附量隨溫度升高而降低;在相同條件下乙酸乙酯吸附量最大,吸附能數(shù)值也較大,吸附比較強,脫附困難;各物種在Cu/Cr_2O_3催化劑上的吸附量均大于Cu催化劑,吸附能數(shù)值也增大,這表明添加Cr_2O_3后加強了物種的吸附作用。 采用量子力學和分子動力學方法研究了Cu、Cr_2O_3和Cu/Cr_2O_3催化劑的構(gòu)型,通過構(gòu)型分析深入地探討了影響催化劑的吸附性能的因素,在剖析結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,進一步研究了負載催化劑中載體Cr_2O_3的作用。Cu、Cr_2O_3和Cu/Cr_2O_3催化劑的Mulliken、態(tài)密度和前線軌道的組成互不相同,這些構(gòu)型特點決定了催化劑吸附性能的不同。Cu/Cr_2O_3催化劑由于Cu與載體Cr-2O_3發(fā)生了相互作用,引起了催化劑電荷分布和前線軌道能量的改變,使得吸附性能加強;Cu是反應的活性中心,物種吸附在Cu上發(fā)生反應,生成新物種,該新物種最終遷移到載體Cr_2O_3的酸性位上,形成更穩(wěn)定的構(gòu)型;載體Cr_2O_3的作用之一是提供酸性位,在乙醇一步法制乙酸乙酯反應過程中,各物種均傾向于吸附在催化劑酸性位上。 在常壓、313.15~433.15K下測定了乙醇在Cu催化劑上的吸附量,并與模擬結(jié)果進行了對比分析。模擬與實驗結(jié)果較為接近,兩者趨勢一致,這表明本研究中所采用的分子模擬方法是可靠的。 本文系統(tǒng)地研究了吸附,深入探討了影響吸附性能的因素,對該反應過程有了更進一步的認識,為設計和改進催化劑提供了有力的理論依據(jù)。
[Abstract]:Ethyl acetate is a widely used chemical. One-step ethanol preparation of ethyl acetate can use single biological ethanol as raw material with little pollution and corrosion, so it has attracted much attention in recent years. The main catalyst used in this method is copper-chromium catalyst, which can be used in industrial production. At present, the research on the reaction adsorption is only by means of experiment. Because of the limitation of the experimental means, some aspects can not be detected, and there is a lack of deep understanding, so the research needs to be carried out urgently. In this paper, molecular simulation method was used to study the adsorption behavior of various species on CutiCr _ 2O _ 3 and Cu/Cr_2O_3 catalysts in the one-step ethanol synthesis of ethyl acetate. The reasons affecting the different adsorption properties of the catalysts were deeply explored and explained, and confirmatory experiments were designed. In order to better guide the practice. Monte-Carlo and molecular dynamics simulations were used to study the adsorption behavior of the species of Ch _ 3CH _ 2OH _ 2O _ H _ (Ch _ 3CHO) _ (Ch _ 3CH _ 2O) _ (Ch _ 3CHO) _ (Ch _ 3CHO _ 2O) _ C _ 3C _ 2O _ H _ 3 and H on Cutir _ 2O-Stack3 and Cu/Cr_2O_3 catalysts by means of Monte Carlo and molecular dynamics simulation methods in the preparation of ethyl acetate by one-step ethanol-ethanol method. The results show that the species have obvious adsorption on the three catalysts, and the adsorption capacity decreases with the increase of temperature, and under the same conditions, the adsorption capacity of ethyl acetate is the largest, the value of adsorption energy is larger, the adsorption is relatively strong, and the desorption is difficult. The adsorption capacity of each species on Cu/Cr_2O_3 catalyst was higher than that on Cu catalyst, and the adsorption energy was also increased, which indicated that the addition of Cr_2O_3 enhanced the adsorption of species. The configuration of Cu-Cr2O3 and Cu/Cr_2O_3 catalysts was studied by quantum mechanics and molecular dynamics methods. The factors affecting the adsorption properties of the catalysts were discussed through configuration analysis. On the basis of the analysis of the structure, the structure of the catalysts was analyzed. The function of supported Cr_2O_3 in the supported catalyst. The Mulliken, density of states and the composition of the front-line orbitals of the supported catalysts, CuCU / Cr2O3 and Cu/Cr_2O_3 catalysts, are further studied. These configuration characteristics determine the different adsorbability of the catalyst. Cu- / Cr2O3 catalyst is the active center of the reaction because of the interaction between Cu and Cr-2O_3, which leads to the change of catalyst charge distribution and frontier orbital energy. The species reacts on Cu to form a new species, which eventually migrates to the acidic site of the carrier Cr_2O_3 to form a more stable configuration. One of the functions of the carrier Cr_2O_3 is to provide acidic sites for the one-step synthesis of ethyl acetate from ethanol. Each species tended to adsorb on the acidic site of the catalyst. The adsorption capacity of ethanol on Cu catalyst was determined at 313.15C 433.15K, and the results were compared with the simulated results. The simulation results are close to the experimental results, which indicates that the molecular simulation method used in this study is reliable. In this paper, the adsorption is systematically studied, the factors affecting the adsorption performance are discussed, and the reaction process is further understood, which provides a strong theoretical basis for the design and improvement of the catalyst.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TQ225.241

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本文編號：1958906