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高比表面积Cu-Cr催化剂的合成及甘油氢解催化性能

作　者: 马志强
导　师: 梁长海
学　校: 大连理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: Cu-Cr催化剂 甘油氢解 碳模板 非醇盐溶胶-凝胶 CexFe1-xO2固溶体
分类号: O643.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 232次
引　用: 2次
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内容摘要


Cu-Cr催化剂由于其独特的催化作用而广受研究人员的关注,尤其在低压甘油氢解制备丙二醇的反应中,Cu-Cr催化剂被认为是最有效的催化剂。因此,高比表面积的Cu-Cr催化剂可以显著地提高其在催化领域,尤其是在甘油氢解中的应用。本文采用碳模板法和非醇盐溶胶.凝胶法合成了具有高比表面积、高活性和高选择性的Cu-Cr催化剂,并采用热重（TG/DTG）,氮气吸附,程序升温还原（TPR）,X射线衍射（XRD）,拉曼光谱和透射电镜（TEM）等分析和表征手段对其进行表征。通过实验探讨了影响催化剂合成的因素,并考察制备的Cu-Cr催化剂在甘油氢解反应中的催化性能。结果表明:1.使用多孔炭为模板,硝酸铜和/或硝酸铬为前驱体,可制备高比表面积Cu-Cr催化剂。Cu-Cr催化剂的比表面积高达50 m2/g,同时,制备的CuO和Cr2O3的比表面积也高于10和50 m2/g。通过选择不同的模板,调变Cu/Cr摩尔比,以及煅烧气氛和煅烧温度,可以对样品的比表面积进行调控。经过H2还原的催化剂在甘油氢解中显示了优异的催化性能,例如,在210℃和4.15 MPa H2压力下反应10小时,甘油的转化率接近51%,对1,2-丙二醇的选择性高于96%。另外,Cu/Cr摩尔比低于1:1的催化剂显示了较高的催化活性,而商业的Cu-Cr催化剂则是Cu/Cr摩尔比为1具有最好的催化性能。结果表明,碳模板法是一种合成Cu-Cr甘油氢解催化剂的优异方法。碳模板法不仅可以可控合成Cu-Cr催化剂,还可以扩展到其他催化剂的合成,如高比表面积CexFe1-xO2固溶体的合成。2.不同Cu/Cr摩尔比的高活性和高选择性Cu-Cr催化剂已通过非醇盐溶胶-凝胶法合成。该法使用硝酸铜和硝酸铬为前驱体,环氧丙烷为凝胶剂,克服了传统溶胶-凝胶法使用昂贵前驱体等的缺点。制备的Cu-Cr催化剂可以通过控制水解条件,Cu/Cr摩尔比以及煅烧温度和气氛调变其比表面积。使用非醇盐溶胶-凝胶法制备的Cu-Cr催化剂在甘油氢解反应中显示了优异的催化性能,例如,在反应条件为210℃,4.15 MPa H2压力,反应时间为10小时,甘油的转化率高于52%,对1,2-丙二醇的选择性高于88.2%。实验结果表明,CuCr2O4负载的Cu催化剂比Cr2O3负载的Cu催化剂活性高。Cu和载体CuCr2O4之间的相互作用可以显著的提高催化剂的甘油氢解性能。该方法可以非常容易的由简单的金属无机盐合成催化剂,而不是使用昂贵的金属醇盐作为前驱体。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-11
1 绪论  11-28
  1.1 甘油的综合利用  11-12
    1.1.1 生物发酵法  11-12
    1.1.2 化学转化法  12
  1.2 甘油氢解的原理  12-15
  1.3 甘油氢解的发展  15-17
  1.4 甘油氢解催化剂  17-18
  1.5 催化剂制备方法  18-26
    1.5.1 Adkins法  18
    1.5.2 溶胶-凝胶法  18-19
    1.5.3 柠檬酸络合沉淀法  19
    1.5.4 沉淀法  19
    1.5.5 热解法  19-20
    1.5.6 模板法  20-23
    1.5.7 非醇盐溶胶-凝胶法  23-26
  1.6 选题意义及研究方法  26-28
2 Cu-Cr催化剂的模板法合成及其甘油氢解性能  28-42
  2.1 引言  28
  2.2 实验部分  28-30
    2.2.1 催化剂合成  28-29
    2.2.2 催化剂表征  29-30
    2.2.3 催化剂活性测试  30
  2.3 结果与讨论  30-40
    2.3.1 TG/DTG分析  30-32
    2.3.2 BET测试  32-34
    2.3.3 XRD分析  34-35
    2.3.4 Raman光谱分析  35-36
    2.3.5 TEM和HRTEM分析  36-37
    2.3.6 H_2-TPR测试  37-39
    2.3.7 催化剂甘油氢解活性测试  39-40
  2.5 本章小结  40-42
3 Cu-Cr催化剂的非醇盐溶胶-凝胶法合成及其甘油氢解性能  42-58
  3.1 引言  42
  3.2 实验部分  42-44
    3.2.1 催化剂合成  42-44
    3.2.2 催化剂表征  44
    3.2.3 催化剂活性测试  44
  3.3 结果与讨论  44-57
    3.3.1 非醇盐溶胶-凝胶法机理  44-45
    3.3.2 TG/DTG分析  45-46
    3.3.3 BET测试  46-48
    3.3.4 XRD分析  48-50
    3.3.5 TEM和HRTEM分析  50-52
    3.3.6 H_2-TPR测试  52-55
    3.3.7 催化剂甘油氢解活性测试  55-57
  3.4 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-64
附录 模板法合成高比表面积Fe-Ce固溶体的探索  64-70
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  70-71
致谢  71-72

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化
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