固体磷酸催化剂的制备、表征与催化性能研究

摘要

鉴于环保和经济发展的需要，在化工生产中，人们力求寻找一种既对环境友好，又能提高经济效益的催化剂来进行实际生产应用。固体酸催化剂以其自身独特的选择性、催化活性和环境友好、易再生及可重复使用等优点，越来越引起人们的注意。但由于已开发的固体酸催化剂自身多数还存在着催化活性组分易于溶脱、催化剂的机械强度较低、催化剂的表面性质及催化机理较为复杂等缺点，因此所制备的此类催化剂在实际生产中并没有得到广泛的应用。如何研制开发高效、长寿命、利于循环使用、对环境友好的新型固体酸催化剂，已成为目前催化研究领域的一大热点。本实验以硅藻土、活性炭为载体，磷酸为浸渍溶液，采用浸渍法制备固体磷酸催化剂。固体磷酸催化剂的酸量与其催化活性有直接关系，实验过程中考察了不同制备条件对固体磷酸催化剂酸量和酸强度的影响。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱分析(IR)、Hammett指示剂法对产物进行表征，并对他们进行了综合评价。 通过考察浸渍液的浓度、浸渍时间和焙烧温度对固体磷酸催化剂的总酸量影响，筛选出制备固体磷酸催化剂的最佳实验条件。比较了不同制备条件下硅藻土磷酸催化剂的酸量，及其对催化性能的影响，并通过XRD、IR、Hammett指示剂法等测试手段，对催化剂的结构和性能进行了表征。结果表明，随着焙烧温度的升高，催化剂的总酸量以及各酸强度的酸量都呈下降趋势。在焙烧温度为400℃，浸渍时间12h，浸渍液浓度85％时，催化剂的总酸量最大、酸强度最高。不同焙烧温度下硅藻土磷酸催化剂的XRD测试结果表明，催化剂中各组分的形态会随着焙烧温度的升高发生改变，比较反应前后催化剂的XRD图谱，结果表明，磷酸硅晶体的特征峰较新鲜催化剂的特征峰强度高，而焦磷酸硅的特征峰较新鲜催化剂的特征峰强度低。XRD测试表明活性炭磷酸催化剂样品观测不到明显的衍射峰，此时为无定形态。 硅藻土磷酸催化剂在汽油脱硫反应中的催化活性与焙烧温度有关。活性炭磷酸催化剂，在目前的实验条件下，在催化剂的总酸量为5.613 mmol／g时，催化剂的脱硫率最高为36.26％。活性炭在磷酸存在下对汽油中的硫化物具有较好的催化性能，汽油的脱硫率比仅有活性炭催化时显著增加；活性炭为载体制备的固体磷酸催化剂的脱硫率高于硅藻土固体磷酸催化剂。 以乙酸与乙醇的酯化反应为催化模型，对固体磷酸催化剂的催化性能进行表征，结果表明，本实验固体磷酸催化剂最佳制备条件是：浸渍时间：12h；焙烧温度：400℃。当醇酸摩尔比=3／1，催化剂用量为30％(冰乙酸质量的)时，反应2.0h后的酯化率为70.3％，并且催化剂重复使用4次，酯化率均在60％以上。活性炭磷酸催化剂用于催化乙酸与乙醇的酯化反应重复使用2次后，催化剂的酯化率下降了13％，与硅藻土磷酸催化剂相比，其催化剂的稳定性较低。

目录

文摘

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序言

第一章文献综述

第二章实验部分

第三章固体磷酸催化剂的制备

第四章固体磷酸催化剂的催化性能研究

第五章结论

参考文献

致谢