铜基催化剂上乙酸环己酯选择加氢性能研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:alexzc1984
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环己醇可作为一种优良溶剂广泛地应用于纺织、医药、染料、涂料等行业,同时还是一种具有高附加值的化学品,是合成己二胺、己内酰胺的重要中间体。目前工业上环己醇主要通过苯酚加氢法、环己烷氧化法、环己烯水合法三种方法制得,然而这三种方法均存在一定弊端。首先由环己烯与乙酸酯化生成乙酸环己酯、再对乙酸环己酯加氢获得乙醇及环己醇的合成路线不仅为环己醇的生产提供了一条新的思路,同时国内乙酸产能过剩现象在一定程度上也会得以缓解。Cu基催化剂由于在酯类化合物加氢方面具有高活性和高选择性等优点被广泛研究。基于此,本论文研究了不同助剂改性的Cu基催化剂在乙酸环己酯加氢制备乙醇及环己醇反应中的催化性能,取得了一些有意义的结果。一、以Al2O3为载体采用沉积沉淀法制备了一系列Zn改性的Cu2Znx/Al2O3催化剂,并用于乙酸环己酯加氢制备乙醇及环己醇的反应中。与单金属Cu/Al2O3催化剂相比,少量Zn的引入可显著提高Cu基催化剂上乙酸环己酯加氢催化性能。其中,Cu2Zn1.25/Al2O3催化剂表现出最佳的乙酸环己酯加氢性能,在反应温度为250℃、3 MPa氢气压力下、反应2 h后,高压釜反应器中乙酸乙酸环己酯转化率为93.9%,乙醇和环己醇的选择性分别为97.1%和97.2%。此外,该催化剂还具有很好的重复使用性能,循环使用五次后没有观察到明显的失活现象。结合一系列表征后发现,适量Zn的添加一方面可以促进铜纳米粒子的分散,另一方面可以调节催化剂表面酸强度与酸量的分布。吡啶吸附的红外光谱表明所有催化剂表面均含有Lewis酸性位点,Cu2Zn1.25/Al2O3催化剂表面具有丰富的弱酸位点,有助于乙酸环己酯中碳氧键的吸附和活化。同时,该催化剂表面具有最高的Cu+/(Cu~0+Cu+)摩尔比,Cu~0与Cu+物种的存在有利于H2分子和碳氧键的吸附活化,这可能是其具有优异催化性能的原因。二、采用溶胶凝胶法(SG法)、共沉淀法(CP法)和浸渍法(IM法)三种方法制备了一系列Cu-Zr双组元催化剂用于乙酸环己酯加氢制备乙醇及环己醇。研究结果表明,采用溶胶凝胶法制备的Cu3Zr7-SG催化剂表现出优异的乙酸环己酯加氢催化反应活性。在对催化剂制备过程和反应过程各参数进行优化后发现当催化剂前驱体在450℃焙烧,反应温度为250℃、3 MPa氢气压力下、在高压釜反应器中2 h后,Cu3Zr7-SG催化剂上乙酸环己酯的转化率可达97.4%,乙醇和环己醇选择性分别为96.3%和95.5%。在固定床反应器中可连续运行72 h,具有一定的稳定性。结合各种表征手段发现,与其它两种方法制备的催化剂相比,Cu3Zr7-SG催化剂上Cu-Zr之间的相互作用比较弱,Cu纳米粒子更易被还原。同时该催化剂表面具有较多的弱酸中心和适中的碱中心,二者的协同作用有利于碳氧键的吸附活化;且Cu3Zr7-SG催化剂表面具有最高的Cu+/(Cu~0+Cu+)和Oads/(Oads+Olat)摩尔比,较多的Cu+物种和丰富的氧空位可能是其具有优异催化活性的原因。
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