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Pt催化剂应用于巴豆醛选择性加氢的研究
作 者: 郑海影
导 师: 罗孟飞;谢冠群
学 校: 浙江师范大学
专 业: 物理化学
关键词: 巴豆醛 巴豆醇 选择性加氢 Pt催化剂 Lewis酸 失活
分类号: TQ203.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
α,β-不饱和醇是香料、医药及其他精细化工产品的重要原料。α,β-不饱和醛选择性加氢是合成不饱和醇的主要方法,由于热力学上C=C比C=O更容易加氢生成醛类,因此提高不饱和醇的选择性一直是努力的方向。本文制备了负载型Pt催化剂应用于气相巴豆醛选择性加氢反应。通过H2-TPR(氢气程序升温还原)、XRD(X-射线粉末衍射分析)、FTIR(傅里叶红外谱图)、TEM(透射电子显微镜)、NH3-TPD(NH3程序升温脱附)、Ramani(拉曼光谱)和CO-Chemisorption(CO化学吸附)等表征手段,研究催化剂的性质和探讨反应机理和活性中心。研究结果如下:1、Pt/ZrO2催化剂催化巴豆醛选择性加氢性能研究以高比表面积ZrO2为载体,采用浸渍法制备了负载型Pt催化剂,用于气相巴豆醛加氢反应,考察了Pt的负载量和还原温度等对巴豆醛选择性加氢性能的影响。实验结果表明,Pt负载量为3wt.%的3Pt/ZrO2催化剂经500℃还原后,具有较高的巴豆醛选择性加氢性能:巴豆醛转化率为27%,巴豆醇的选择性为55%。表征结果表明Pt/ZrO2催化剂上Lewis强酸中心和适宜的Pt颗粒(约为8 nm)有利于巴豆醛选择性加氢生成巴豆醇。2、Cr物种对Pt/ZrO2催化剂巴豆醛选择性加氢的影响掺杂Cr物种Pt/ZrO2催化剂应用于气相巴豆醛选择性加氢,发现催化剂的活性随着Cr含量的增加而下降,但其中目标产物巴豆醇的选择性随着Cr含量增加而升高。Cr修饰的催化剂活性下降的原因是Pt粒子变小和催化剂表面吸附有机物。Cr的添加使得催化剂Lewis酸性增加和Cr-Pt之间的电子相互转移是巴豆醇选择性提高的主要原因。3、Pt/CeO2和Pt/NaCl/ZrO2催化剂失活的对比研究比较Pt/CeO2和Pt/NaCl/ZrO2催化剂上气相巴豆醛选择性加氢,发现催化剂同时失活但巴豆醇选择性变化趋势不同。FTIR表征结果,发现反应过程中聚合反应生成的C8聚合物是两种催化剂失活的原因。关于选择性,两种催化剂表现出不同的趋势:对于Pt/NaCl/ZrO2催化剂,巴豆醇的选择性保持不变;而对于Pt/CeO2催化剂,其选择性急剧下降。通过原位Raman表征结果说明,Pt/CeO2选择性下降主要是由于Ce3+离子氧化为稳定Ce4+同时CO与Ce3+反应生成的积碳(原位Raman)。相反,在反应过程中Pt/NaCl/ZrO2催化剂上没有积碳,从而巴豆醇选择性基本保持稳定。
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全文目录
摘要 3-5 ABSTRACT 5-7 目录 7-10 第一章 研究背景 10-20 1.1 α,β-不饱和醇的应用和制备 10 1.2 α,β-不饱和醛的加氢反应机理 10-12 1.2.1 α,β-不饱和醛的结构特征 10-11 1.2.2 α,β-不饱和醛吸附模型 11-12 1.3 α,β-不饱和醛选择性加氢反应中的影响因素 12-17 1.3.1 催化剂的活性组分 12-14 1.3.2 活性组分的粒子大小及暴露的晶面 14-15 1.3.3 载体的类型及电子密度、酸性 15-16 1.3.4 助剂的影响 16-17 1.3.5 活性组分前躯体的影响 17 1.4 选题依据及研究内容 17-20 1.4.1 选题依据 17-18 1.4.2 研究内容 18-20 第二章 催化剂的制备与表征 20-24 2.1 样品的制备 20 2.1.1 试剂和药品 20 2.1.2 载体的制备 20 2.2 催化剂的表征 20-22 2.2.1 X-射线粉末衍射分析(XRD) 20-21 2.2.2 电感耦合等离子发射器元素分析(ICP-AES) 21 2.2.3 CO化学吸附 21 2.2.4 NH_3程序升温(NH_3-TPD) 21 2.2.5 傅里叶转换红外光谱(FTIR) 21 2.2.6 激光拉曼光谱分析(Raman) 21-22 2.2.7 CO吸附原位拉曼光谱分析(CO-Raman) 22 2.2.8 透射显微镜(TEM) 22 2.3 催化剂的性能评价 22-24 第三章 高比表面积ZrO_2负载Pt催化剂巴豆醛选择性加氢 24-32 3.1 引言 24 3.2 实验部分 24-25 3.2.1 催化剂的制备 24-25 3.3 结果与讨论 25-30 3.3.1 Pt/ZrO_2催化剂的巴豆醛选择性加氢性能 25 3.3.2 Pt负载量对巴豆醛选择性加氢的影响 25-26 3.3.3 还原温度和反应温度对Pt/ZrO_2催化巴豆醛选择性加氢的影响 26-27 3.3.4 Pt/ZrO_2催化剂的CO化学吸附和TEM表征 27-28 3.3.5 Pt/ZrO_2催化剂的XRD表征 28-29 3.3.6 Pt/ZrO_2催化剂的NH_3-TPD表征 29-30 3.4 结论 30-32 第四章 Pt/Cr-ZrO_2催化剂催化巴豆醛选择性加氢性能 32-40 4.1 引言 32 4.2 实验部分 32-33 4.2.1 催化剂的制备 32-33 4.3 结果与讨论 33-38 4.3.1 催化剂的巴豆醛选择性加氢性能 33-34 4.3.2 氧化态Pt/Cr-ZrO_2催化剂的还原性能 34-35 4.3.3 催化剂的结构表征 35-36 4.3.4 反应物吸附的IR表征 36-37 4.3.5 催化剂表面酸性 37-38 4.4 结论 38-40 第五章 Pt/CeO_2和Pt/NaCl/ZrO_2催化巴豆醛加氢失活和选择性的对比研究 40-50 5.1 引言 40 5.2 实验部分 40-41 5.2.1 Pt/CeO_2催化剂的制备 40-41 5.2.2 Pt/NaCl/ZrO_2催化剂的制备 41 5.3 结果与讨论 41-47 5.3.1 催化剂的物性 41-43 5.3.2 催化剂的巴豆醛加氢性能比较 43-44 5.3.3 FTIR和Raman表征 44-47 5.3.4 催化剂吸附模式 47 5.4 结论 47-50 参考文献 50-58 作者简介及发表文章目录 58-60 致谢 60-62
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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本有机化学工业 > 一般性问题 > 化学反应过程 > 催化过程
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