介孔锆基固体酸催化剂的制备及在甘油乙酰化反应上的应用研究

摘要

在固体酸催化剂中，SO42-/ZrO2凭借其优异的酸碱性能和良好的热力学稳定性，使其在催化领域得到快速发展。然后传统方法制备的ZrO2存在比表面积较小，孔道无规则，以及孔径分布不均一等不足，使其应用受到限制。本文选用蒸发诱导自组装（evaporation-induced self assembly。EISA）的方法，通过将ZrO2与其他两性氧化物(TiO2。SiO2和 Al2O3)复合，在保证 ZrO2优良催化性能的同时，改善其孔道结构，制备出介孔TiO2-ZrO2（MTZ）、SiO2-ZrO2（MSZ）和 Al2O3-ZrO2（MAZ）复合材料。然后采用浸渍法制备出介孔SO42-/TiO2-ZrO2（STZ）、SO42-/SiO2-ZrO2（SSZ）、SO42-/Al2O3-ZrO2（SAZ）、SO42-/CeO2- TiO2-ZrO2（SCTZ）、SO42-/CeO2-SiO2-ZrO2（SCSZ）和SO42-/CeO2-Al2O3-ZrO2（SCAZ）固体酸催化剂,并采用XRD、BET、SEM和TEM手段对上述材料进行表征。最后将上述催化剂用于甘油与乙酸的乙酰化反应，考察催化剂性能，并探索最佳反应条件。
　　首先，采用EISA方法制备的MTZ、MSZ和MAZ样品都拥有介孔结构，且孔径分布较均匀。其中MTZ样品在400℃煅烧时，具有局部有序的2维六边形的介孔结构。在800℃煅烧下，呈现出ZrTiO4的晶型结构。MSZ样品在400℃煅烧下，具有蠕虫状的，且平均孔径较小(4.5nm)的孔道结构。400℃煅烧下，MAZ样品同样具有蠕虫状的孔道结构，但是其平均孔径较大，为11.4nm。在800℃煅烧下，MAZ样品展现出Al0.16Zr0.84O1.92的晶型结构。
　　然后，选用浸渍法制备出STZ、SSZ、SAZ、SCTZ、SCSZ和SCAZ样品。小角度XRD表征结果显示，所有样品都具有介孔结构，且有序性较好。BET和TEM表征结果显示，SCTZ样品在400℃煅烧下，具有长程有序的2维六边形的介孔结构，比表面积为160.8 m2/g，平均孔径为6.5nm。当煅烧温度提升至600℃时，SCTZ样品仍具有良好的有序性。
　　最后，将上述催化剂用于甘油与乙酸的乙酰化进程，考察煅烧温度和不同的Ti/Zr（摩尔比）对SCTZ催化剂的影响，探索了体系的不同反应参数对乙酸与甘油摩尔比比和催化剂用量对甘油乙酰化反的影响。实验结果表明：，Ti/Zr(摩尔比)=5:5时，600℃下煅烧下制备的SCTZ催化剂，当体系的温度为120℃，反应时间为2h，催化剂与甘油用量的质量百分比为5％，乙酸与甘油用量的摩尔比为9:1时，此时甘油转化率达到100%，一乙酸甘油酯，二乙酸甘油酯和三乙酸甘油酯的选择性分别为22.1%，59.5%和18.4%。最后对SCTZ催化剂的可重复利用稳定性进行了评估。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1介孔材料

1.2 固体酸催化剂

1.3 甘油的应用研究

1.4 甘油乙酰化反应中催化剂的研究

1.5 本文的研究思路及主要内容

第二章 锆基介孔载体材料的制备与表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 表征结果及讨论

2.4 实验结论

第三章 锆基介孔固体酸催化剂的制备及表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 表征结果及讨论

3.4 实验结论

第四章 催化剂在甘油乙酰化反应中的应用研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.4 固体酸催化剂性能的研究

4.5 本章实验小结

第五章 结论及下一步工作建议

5.1 实验结论

5.2 下一步工作建议

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的论文