超临界流体改性活性炭负载Ni催化剂加氢性能研究

摘要

活性炭以其较高的比表面积、发达的孔隙结构、低廉的价格、稳定的耐酸碱性质、特有的表面化学性质及方便易回收等特性，作为载体被广泛地应用于负载型催化剂当中。但由于活性炭表面结构和表面基团极为复杂，因此用不同方法处理活性炭，对活性炭表面结构和化学组成的影响也不同，从而使其所负载催化剂活性产生较大的差异。超临界流体黏度低、密度大、表面张力低，因此具有较好的流动、传质、传热等特性，被广泛地应用于新型材料的合成及制备当中。
　　 对氨基苯酚是一种重要的化工和医药中间体，广泛用于医药、染料、农药、石油添加剂和感光材料等方面。随着化学工业的不断发展，对氨基苯酚的需求量也随之迅速增长，与其相应的工艺开发也备受关注。我国生产芳胺类化合物的主要方法是由相应的芳香硝基化合物还原制得，负载型镍基催化剂以其价格低廉、操作工艺简单、活性和稳定性高等优点在催化加氢反应有广泛地应用，有着良好的应用前景。
　　 针对传统活性炭处理方法存在处理时间长，成本高，处理过程易产生大量酸碱废水等问题，本研究以不同的超临界流体改性活性炭，采用浸渍-沉淀法制备Ni/C催化剂，并应用于对硝基苯酚等硝基化合物的加氢反应，分析了用不同超临界流体处理活性炭导致的活性炭表面酸量的变化，对比普通处理活性炭所制催化剂，考察了不同载体处理方法对催化剂的活性的影响以及对催化剂稳定性影响。结果表明:用超临界KOH溶液处理可使活性炭表面酸量降至最低，以其为载体制备的Ni催化剂在对硝基苯酚加氢反应中有着很高的活性，在氢气压力2.0MPa、反应温度110℃、无水乙醇300mL、催化剂与反应原料质量比为1∶10的条件下，反应0.5h后，原料的转化率以及产物的选择性均高于普通处理的Ni/C催化剂。在催化剂重复使用过程中，普通处理的活性炭在重复使用3次后催化活性有明显降低，而用超临界KOH溶液处理的活性炭为载体所制催化剂在重复使用5次后催化活性仍保持良好。通过Beohm滴定法、SEM-EDS、XRD和BET等表征表明，通过不同的超临界流体处理能有效地降低活性炭表面酸性基团含量，提高活性组分在其表面的负载效果，并能有效清除表面灰质，不同程度提高活性炭的比表面积和孔容积，从而提高活性组分在其表面的分散程度，进而提高催化剂的活性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 超临界流体技术简介

1．2．1 超临界流体萃取技术

1．2．2 超临界流体反应技术

1．2．3 超临界水氧化技术

1．2．4 超临界流体结晶技术

1．2．5 其他主要超临界流体技术

1．3 活性炭的应用及主要处理方法

1．3．1 活性炭的结构与性能

1．3．2 活性炭的制造工艺

1．3．3 活性炭的应用

1．3．4 活性炭载体的常规处理方法

1．4 芳香硝基化合物还原制备芳胺类化合物主要方法

1．4．1 铁粉还原法

1．4．2 电解还原法

1．4．3 硫化物还原法

1．4．4 催化加氢还原法

1．5 对硝基苯酚催化加氢研究进展

1．5．1 骨架镍催化剂

1．5．2 纳米镍催化剂

1．5．3 负载型镍催化剂

1．5．4 贵金属催化剂

1．6 本课题的研究内容、目的和意义

1．6．1 研究内容

1．6．2 研究的目的及意义

第2章 活性炭载体的改性及催化剂的制备

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂及仪器

2．2．2 活性炭载体的改性

2．2．3 催化剂的制备

2．2．4 Beohm滴定法测定活性炭表面酸量

2．2．5 催化剂的表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 活性炭表面酸量的测定

2．3．2 比表面积(BET)的测定

2．3．3 扫描电镜(SEM)的测定

2．3．4 X射线粉末衍射(XRD)的测定

2．4 本章小结

第3章 Ni／C催化剂的活性评价及稳定性考察

3．1 实验试剂和仪器

3．2 催化剂的活性评价

3．3 结果与讨论

3．3．1 催化剂用量的影响

3．3．2 反应氢气压力的影响

3．3．3 反应温度的影响

3．3．4 反应时间的影响

3．3．5 搅拌速率的影响

3．3．4 不同载体处理方法所制催化剂的活性比较

3．3．5 催化剂的重复实验

3．4 本章小结

第4章 改性Ni／C催化剂催化硝基化合物加氢

4．1 实验试剂和仪器

4．2 催化剂的活性评价

4．3 结果与讨论

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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