少层硫化钼制备及其木质素加氢脱氧反应研究

摘要

木质素作为一种储备丰富的可再生生物能源，具有替代化石燃料生产液体燃料和高附加值化学品的潜力。加氢脱氧（HDO）是一种有效的木质素降解手段，通常是在催化剂的作用下，加氢处理断裂其结构中的 C-C键及 C-O键。本论文以水滑石为前体制备了高分散的少层硫化钼催化剂，同时以程序升温热解法制备了层数可控的 MoS2/AC催化剂，考察了两种催化剂在具有不同C-C键及C-O键的木质素模型化合物上的HDO反应性能。
　　本研究首先以MgFe水滑石为前体，通过水合引入Mo组分至层间结构中，设计合成了不同Mg/Fe原子比的MgFeMo-S催化剂。采用丁香酚作为反应物，在温度300°C、氢气初始压力为5 MPa的条件下反应3 h，Mg1Fe2Mo-S催化剂表现出最好的 HDO活性，丁香酚转化率达100%，且主要产物4-丙基苯酚的产率达44.0%。对比浸渍法制备的MoS2/Mg1Fe2-S，该催化剂优势显著，其可能原因是Mg1Fe2Mo-S活性组分高度分散且相互作用力较强。此外，进一步揭示了丁香酚在MgFeMo-S催化剂作用下的可能反应路径。随后采用相同的方法制备了以Co、Ni系水滑石为前体的硫化物催化剂，用于丁香酚 HDO反应。结果显示由Ni系前体制得的硫化物催化剂表现出较高的芳香环加氢能力，而由Co系前体制得的硫化物催化剂可获得较高的酚类产物产率。其中Co3Al1Mo-S催化剂在温度300°C、氢气初始压力3 MPa及反应时间3 h的反应条件下，可获得100%的丁香酚转化率以及47.3%的4-丙基苯酚产率。催化反应机理研究表明Co3Al1Mo-S中存在MoS2、CoSx和以及Co3O4三种具有差异的活性组分。最后，采用程序升温热解法制备了层数可控的MoS2/AC催化剂并考察MoS2堆积层数对其HDO性能的影响。在400°C下分解前体Mo(Et2NCS2)4得到的MoS2/AC一方面呈现少层结构，另一方面具有最高的反应活性。在温度300°C、氢气初始压力5 MPa及反应时间3 h的反应条件下，可获得100%的丁香酚转化率以及58.3%的4-丙基苯酚产率。该催化剂在其它木质素模型化合物HDO反应中均表现出了较高的活性以及芳香类产物选择性。

目录

声明

引言

1 文献综述

1.1 背景

1.2 木质素概述

1.3 木质素的转化方法

1.4 硫化物催化剂木质素加氢脱氧研究进展

1.5 论文选题的目的、内容及意义

2.1 主要试剂与仪器

2.2 催化剂的制备

2.3 催化剂表征

2.4 催化反应性能评价

2.5 产物分析

3 Mg系水滑石基硫化物上木质素加氢脱氧反应研究

3.1 引言

3.2 催化剂的表征

3.3 催化剂活性测试

3.4 催化反应条件的考察及反应路径的推导

3.5 催化剂在其他类型木质素模型化合物上反应性能研究

3.6 催化剂循环使用性能研究

3.7 本章小结

4 Co、Ni系水滑石基硫化物催化剂上木质素加氢脱氧反应研究

4.1 引言

4.2 催化剂的表征

4.3 催化剂活性测试

4.4 催化机理研究

4.5 本章小结

5 层数可控MoS2/AC催化剂上木质素加氢脱氧反应研究

5.1 引言

5.2 催化剂的表征

5.3 催化剂活性测试

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢