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钌催化山梨醇氢解制备低碳二元醇的研究

作　者: 刘国才
导　师: 周静红
学　校: 华东理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 山梨醇氢解低碳二元醇机理
分类号: TQ223.162
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

乙二醇和1,2-丙二醇是在工业生产中广泛应用的基础有机化工原料,以可再生的糖类衍生物山梨醇为原料,通过氢解反应生产乙二醇和1,2-丙二醇等大宗化学品,对实现人类社会的可持续发展具有重要意义。本文采用纳米碳纤维CNF作为载体,负载Ru作为活性金属,并氢解山梨醇水溶液生产乙二醇和丙二醇等低碳二元醇。在已有实验结果的基础上,进一步研究了碱在山梨醇氢解体系中的作用机理,并根据碱的作用机理开发出以固体碱为载体的山梨醇氢解催化剂,此外,本文还考察了硫离子对该体系的影响,并对山梨醇氢解体系的机理有了更为深刻的认识。在Ru/CNFs催化氢解山梨醇制备低碳二元醇的反应体系中,碱的加入可以促进山梨醇反应的进行,起到促进剂的作用。使用CaO作为碱促进剂时,其对山梨醇氢解的促进作用是碱环境下的山梨醇分子脱氢中间产物逆向羟醛缩合反应和醛类中间产物和Ca2+的络合反应共同作用的结果。且山梨醇分子、Ru金属催化剂和CaO之间存在一定的配比使得山梨醇氢解达到最佳效果。对于山梨醇氢解体系,碱的使用可以有效促进山梨醇氢解,但反应后产物存在碱的回收和分离等方面的问题。以焙烧后的固体碱水滑石为载体制备的Ru催化剂,在不使用碱促进剂的条件下具有较好的催化活性,乙二醇、1,2-丙二醇和丙三醇的总体选择性高达96%,与使用碱促进剂相比,使用固体碱作为载体可以有效提高目标产物的选择性,并降低产物后处理的复杂程度,具有可观的应用前景。通过不同的方式向山梨醇氢解体系引入S离子,考察了S离子对山梨醇氢解体系的影响,结果表明S离子的引入导致催化剂中毒,严重影响了山梨醇氢解的转化率,且目标产物的选择性也出现一定程度的降低。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章前言  9-11
第2章文献综述  11-24
  2.1 生物质转化  11-12
  2.2 山梨醇、乙二醇和1,2-丙二醇的性质及应用  12-14
    2.2.1 山梨醇的性质及应用  12-13
    2.2.2 乙二醇的性质、生产和应用  13-14
    2.2.3 1,2-丙二醇的性质、生产和应用  14
  2.3 山梨醇氢解制备乙二醇和1,2-丙二醇的研究  14-17
    2.3.1 山梨醇氢解制备低碳二元醇的研究  14-15
    2.3.2 山梨醇氢解机理的研究  15-17
    2.3.3 碱对山梨醇氢解的作用机理  17
  2.4 山梨醇氢解催化剂  17-19
    2.4.1 Ni基催化剂  17-18
    2.4.2 Ru基催化剂  18
    2.4.3 双金属催化剂  18-19
  2.5 纳米碳纤维(CNFs)载体  19-20
  2.6 镁铝水滑石载体  20-22
    2.6.1 镁铝水滑石的性质  20-21
    2.6.2 水滑石化合物的制备方法  21
    2.6.3 水滑石化合物的应用  21-22
  2.7 羟基磷灰石的性质和应用  22-24
第3章实验部分  24-29
  3.1 实验仪器和实验药品  24-25
    3.1.1 实验仪器  24
    3.1.2 实验化学试剂  24-25
  3.2 催化剂的制备  25-26
    3.2.1 纳米碳纤维载体的制备和纯化  25-26
    3.2.2 水滑石载体的预处理  26
    3.2.3 金属催化剂的制备  26
  3.3 催化剂表征  26-27
    3.3.1 催化剂的结构表征  26
    3.3.2 催化剂的程序升温还原表征  26-27
    3.3.3 催化剂的SEM表征  27
    3.3.4 催化剂的TEM表征  27
    3.3.5 X射线衍射表征(XRD)  27
    3.3.6 催化剂的H_2吸附表征分散度  27
    3.3.7 催化剂的CO_2-TPD表征  27
  3.4 山梨醇氢解反应  27-28
  3.5 氢解产物分析  28-29
第4章碱对山梨醇氢解的作用机理  29-40
  4.1 引言  29-30
  4.2 碱在山梨醇氢解中的作用  30-35
    4.2.1 空白实验分析  30
    4.2.2 不同种类的碱对Ru/CNFs催化氢解山梨醇反应的影响  30-31
    4.2.3 CaO促进剂添加量对Ru/CNFs催化氢解山梨醇反应的影响  31-33
    4.2.4 碱对山梨醇氢解体系作用机理  33-35
  4.3 Ru基催化剂、山梨醇和碱加入量之间的最优关系  35-38
    4.3.1 Ru/CNFs催化剂加入量对山梨醇氢解反应的影响  35-36
    4.3.2 C_6/Ru一定时山梨醇浓度对氢解反应的影响  36-38
    4.3.3 高浓度山梨醇时,CaO加入量对山梨醇氢解的影响  38
  4.4 本章小结  38-40
第5章固体碱为载体应用于山梨醇氢解体系的研究  40-54
  5.1 前言  40
  5.2 HAP、HTL和CNFs载体对山梨醇氢解反应的影响  40-46
    5.2.1 不同载体催化剂的制备和表征  40-44
    5.2.2 不同载体的催化剂催化活性比较  44-46
  5.3 载体焙烧温度对氢解反应的影响  46-50
    5.3.1 不同温度焙烧后的载体负载Ru催化剂的表征  46-49
    5.3.2 不同温度焙烧后载体负载Ru催化剂的催化性能  49-50
  5.4 水滑石作为载体的工艺条件优化  50-53
    5.4.1 催化剂用量对氢解反应的影响  50-52
    5.4.2 反应时间对山梨醇氢解的影响  52-53
  5.5 本章小结  53-54
第6章阴离子对山梨醇氢解的影响  54-59
  6.1 前言  54
  6.2 山梨醇氢解体系中引入S离子  54-56
  6.3 在催化剂制备过程中引入S离子  56-57
  6.4 本章小结  57-59
第7章全文总结  59-60
参考文献  60-66
致谢  66

钌催化山梨醇氢解制备低碳二元醇的研究

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