Ni/SiO2@TiO2核壳催化剂的制备、表征及其催化正戊醛一步合成2-丙基庚醇反应

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2-丙基庚醇是一种重要的增塑剂醇。正戊醛自缩合及其缩合产物2-丙基-2-庚烯醛加氢是工业生产2-丙基庚醇的重要步骤。通过这两步反应集成实现由正戊醛一步合成2-丙基庚醇,可简化工艺流程,降低能耗,提高过程经济性。为提高正戊醛自缩合反应的竞争力,本论文制备了具有核壳结构的多功能催化剂Ni/SiO2@TiO2,表征了其结构并评价了其催化该集成反应的性能,实现了正戊醛一步高选择性合成2-丙基庚醇。首先,采用溶胶-凝胶法制备了SiO2@TiO2样品。分别考察了氨水用量、钛酸四丁酯(TBOT)用量、反应时间等制备条件对其结构的影响。结合SEM、TEM和XRD表征,确定SiO2@TiO2的适宜制备条件为:SiO2、氨水和TBOT质量比为0.3:0.9:2,反应时间为3 h。活性评价结果表明,锐钛矿型SiO2@TiO2对正戊醛自缩合反应有较好的催化性能:正戊醛转化率可达94.5%,产物2-丙基-2-庚烯醛的选择性为96.0%。其次,采用浸渍结合溶胶-凝胶的方法制备了Ni/SiO2@TiO2核壳结构多功能催化剂。利用SEM、TEM、TEM-EDS、ICP-OES等技术确定了其结构和表面组成。考察了金属Ni负载量、TBOT用量、致孔剂等对催化剂形貌和催化性能的影响,确定了适宜制备条件为:金属Ni负载量为2.5 wt.%,Ni/SiO2、氨水和TBOT的质量比为0.3:0.9:2。增加壳层TiO2的厚度,有利于抑制正戊醛的直接加氢副反应,促进其自缩合反应发生。但TiO2壳层厚度的增加不利于中间产物加氢生成2-丙基庚醇。活性评价结果表明,Ni/SiO2@TiO2可以有效催化正戊醛一步合成2-丙基庚醇反应。通过单因素实验确定了适宜的集成反应条件为:催化剂用量为15wt.%、反应温度为190℃、反应压力为3 MPa、反应时间为10 h。在此条件下,正戊醛的转化率达到100%,2-丙基庚醇的收率为77.9%,C10+C5的选择性之和为98.2%。最后,对Ni/SiO2@TiO2催化正戊醛一步合成2-丙基庚醇反应动力学进行了研究。建立了该反应的幂函数型动力学方程,模型检验结果表明,模型预测值与实验测定值吻合较好。
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