乳酸甲酯催化脱水反应的研究
当前，人类对能源的需求急剧增加，对一次能源的依赖使人类面临能源枯竭和全球变暖的双重危机。生物质作为唯一可持续碳能源是当前能源形势下最重要的化石燃料替代资源，其高效利用是实现碳达峰、碳中和目标的重要举措。乳酸（酯）作为生物质中具有研究价值的平台分子之一，其催化脱水制备的丙烯酸（酯）是重要的工业中间体，在各领域应用广泛。乳酸甲酯脱水反应为酸催化发生，催化剂的酸性性质对产物分布起关键的作用。 本课题针对乳酸（酯）催化脱水反应中丙烯酸（酯）选择性低，稳定性差的问题，开发了通过控制还原温度改变酸性进而调控产物分布的可还原钨基酸性载体催化剂，包括非化学计量比氧化钨和过渡金属钨酸盐。本课题采用固定床反应器进行乳酸甲酯催化脱水反应评价，并结合XRD、H2-TPR、Raman、XPS、NH3-TPD、Py-IR等表征，探究催化剂的晶体结构、电子分布及酸性性质与反应性能的关系。 首先，氧化钨作为催化剂时乳酸甲酯还原反应占主导地位，200℃氢化还原处理的催化剂催化乳酸甲酯转化率为70.5％，丙烯酸（酯）选择性为13.9％;添加碱性金属改性后，2Na/WO3催化剂上丙烯酸（酯）选择性增加为38.2％;钨酸盐催化剂上脱水反应活性明显提高，NiWO4上乳酸甲酯反应8h后转化率为54.7％，丙烯酸（酯）选择性为42.8％，进一步优化反应条件后可得到45.3％的选择性。 其次，对本课题研究催化剂的结构、酸性位点表征结果总结，在氧化钨催化剂上，氢化还原处理温度与氧空位浓度呈正相关关系，氧空位为乳酸甲酯还原反应的活性位点，并参与催化循环。金属助剂与WO3载体存在相互作用力，作用力过强利于脱羰反应发生，过弱则利于还原反应发生;不同钨酸盐催化剂二价金属与W、O相互作用不同，Ni-O-W配位模式利于乳酸甲酯脱水反应的发生。本课题采用催化剂酸性位点全部为Lewis酸，催化剂酸性越强利于还原反应的发生，在弱酸性、低酸量的催化剂上利于脱水反应的发生，脱碳反应在较宽酸性范围内均可发生。
乳酸甲酯;催化脱水反应;可还原钨基酸性载体催化剂;酸性性质;产物分布
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
张燚
2021
中文
O643.32
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）