铜基水滑石催化剂制备及氢解高浓度纤维素性能
由于石油、煤炭等化石燃料资源的紧缺，以及日益加重的温室效应，探索和发展可再生能源的利用迫在眉睫。在对众多非常规能源的探索中，生物质转化不仅可以缓解能源短缺带来的瓶颈，同时也可以减轻化石资源的利用所引起的环境问题。而纤维素作为一种广泛存在的生物质资源，其可以转化为多种化学品原料，具有很高的利用价值。其中，纤维素通过氢解获得的一系列低碳多元醇类化合物，如乙二醇(EG)、丙二醇(PD)等，是工业上合成聚酯、纤维等聚合物的重要原料，应用范围十分广泛。因此，纤维素氢解制备低碳多元醇是一条十分有潜质的生物质转化路线。 采用碱性的水滑石材料作为前体，制备了一系列Cu基催化剂，并应用于高浓度的纤维素氢解反应。通过共沉淀法合成不同Cu/Mg/Al摩尔比的水滑石前体，通过焙烧制备不同金属含量的催化剂，系统的研究金属配比、焙烧和还原条件对催化剂晶相结构以及物理化学性质上的影响。采用CO2-TPD以及N2O化学吸附分别对催化剂的碱性以及活性位含量进行测定，结果显示，Mg含量的降低会严重导致催化剂碱性下降，而Cu的含量不仅可以控制碱性，同时影响催化剂表面的活性位含量。结合纤维素氢解反应结果发现，碱性的增强有利于纤维素的转化，同时促进C-C键断裂，而Cu含量的提高则会对产物中EG和1，2-PD具有较好的选择性。因此，可以通过选择性的控制催化剂的碱性以及活性位的含量，以此优化纤维素的转化率以及多元醇的收率。 此外，通过控制水滑石前体的焙烧温度，获得不同晶相结构的催化剂。讨论焙烧温度引起的催化剂结构变化，同时探究了催化剂结构的转变对其碱性和表面活性位含量的影响。揭示出催化剂在晶相转变的过程中，结构中的O2-存在形式是影响其碱性强弱的主要因素。采用N2O化学吸附表征发现不同结构的Cu物种显著影响催化剂的活性表面的含量。在高浓度纤维素氢解反应中，揭示出催化剂的碱性位与活性表面在催化反应中的协同作用。结果显示催化剂的碱性不仅促进纤维素的水解，而且促进反应中逆羟醛缩合过程的进行，从而有利于低碳多元醇的获得，而催化剂表面的活性Cu是氢解反应的主要活性位，其不仅可以促进纤维素水解产物的进一步氢解，同时也可以影响氢解反应速率来控制产物分布。 同时，在此基础上，进一步优化了氢解反应的操作条件，分别考察了反应温度、反应压力以及纤维素浓度的影响。值得注意的是，在高达18wt％浓度下的纤维素，反应没有发生任何结焦现象，表明了催化剂具有很强的氢解高浓度纤维素的能力。
催化剂;铜基水滑石;共沉淀法;焙烧法;纤维素;氢解反应
大连理工大学
硕士
化学工艺
梁长海;肖子辉
2016
中文
TQ426.94
80
2016-11-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）