铜基催化剂的制备与表征及其催化纤维素加氢性能的研究
纤维素是最丰富的生物质资源之一,纤维素的转化主要集中在酸水解和贵金属催化加氢,但酸水解容易产生环境问题,贵金属价格昂贵。因此寻找廉价的非贵金属催化剂绿色转化纤维素成为研究重点。过渡金属铜基催化剂是一种廉价的加氢催化剂,但其用于催化纤维素加氢反应方面鲜见报道。本论文以纤维素为原料,使用Cu基催化剂进行催化加氢反应,采用环境友好的方式转化纤维素。
本课题以碳酸钠为沉淀剂,采用共沉淀法制备了Cu体系和Ni体系多元氧化物催化剂,采用化学吸附水解法制备了碱土金属氧化物负载CuO催化剂。着重研究了具有不同阴离子的铈盐(Ce(SO4)2、Ce(NO3)3)、CuO摩尔含量和Zn／Ce比例对CuO／ZnO／CeO2催化剂产物的影响。通过XRD、SEM、BET、TG、XPS、EDX以及TPR等表征手段分析了催化剂的物理结构、化学结构及还原性能,通过纤维素加氢反应对催化剂进行了活性评价,采用HPLC、ESI-MS和FT-IR等表征手段对加氢反应的液态产物进行了表征,研究了催化剂类型和反应条件对纤维素转化率和加氢产物产率的影响。
实验表明,经共沉淀法制备的CuO／ZnO／Ce02催化剂前躯体为非晶态,煅烧后的物相主要是CuO,ZnO和CeO2,从TEM表征可以看出催化剂均为类球形,加入ZnO后,颗粒尺寸在10nm左右,ZnO和CeO2能促进CuO的分散,降低催化剂的还原温度。铈源的种类影响催化剂的物理结构和化学结构,采用硝酸铈为铈源时,催化剂比表面积为42.08m2·g-1～80.48 m2·g-1,催化剂失重率为26％～29％,还原温度在250℃以下。采用硫酸铈为铈源,催化剂比表面积为7 m2·gq-1～28 m2·g-1,催化剂失重率为13％～24％,还原温度在250℃以上。
纤维素加氢反应中,催化剂种类、反应时间和反应温度均对纤维素转化率和产物产率造成影响。使用CZA1361、CZCS361、CMg-01和CSr-01作为催化剂时,6MPa H2,250℃反应120min,纤维素转化率可达100％。使用CuO／ZnO／CeO2作为催化剂,相同条件下以硫酸铈为铈源时,纤维素转化率较高,生成糠醇、乙酰丙酸以及其它小分子类化合物,而以硝酸铈为铈源时,纤维素转化率普遍低于硫酸铈铈源,但催化剂加氢效果较好,生成多元醇,如山梨糖醇和甘露糖醇及一些小分子化合物。
铜基催化剂;共沉淀法;加氢性能;催化纤维素;合成表征
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
杨儒
2011
中文
TQ426.81;TQ352.1
103
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）