CeO2基催化剂的制备及对1,4-丁二醇脱水反应性能研究

摘要

3-丁烯-1-醇结构中含有双键和羟基两种官能团，性质非常活泼，可参与氧化、还原、酯化和加成等多种反应，是重要的医药中间体，广泛用于合成多种杂环衍生物类新药物，在治疗艾滋病、关节炎、慢性肺病等方面有明显疗效。合成3-丁烯-1-醇的传统方法有丙烯甲醛加成法和3，4-环氧-1-丁烯还原法，但以上路线在高温高压条件下反应，存在催化剂不易回收，产物收率低、分离困难等问题。目前，通过1，4-丁二醇(BDO)选择性脱水合成3B1ol是近年来合成的3-丁烯-1-醇的一条新的路线，所以研究此反应的催化剂具有实际意义。
　　目前，CeO2作为一种新型催化剂应用于BDO选择性脱水合成3-丁烯-1-醇的反应已有文献报道，但所采用的CeO2催化剂大部分均为商品化。本文结合氧化铈催化剂形貌结构与对BDO选择性脱水的反应性能，从催化剂设计的层面采用沉积水热法制备了具有(111)晶面的八面体结构氧化铈，并对BDO的选择性脱水有较高的反应活性。在大量金属氧化物、复合氧化物催化剂的基础上，着重研究了铈锆、钙锆固溶体催化剂对BDO脱水合成3B1ol催化性能的影响，对增强催化剂的抗烧结性能和降低催化原料使用成本方面有较现实的意义。主要得到以下结论:
　　1.采用沉积水热法制备CeO2催化剂并对其催化性能进行评价，其结果与文献比较，发现沉积水热法制备的CeO2催化剂有较高的催化活性;并进一步考察了不同制备条件对BDO脱水催化性能的影响，结合XRD、BET、TEM、TPR等表征手段对氨水做沉淀剂、水热温度为200℃，矿化剂浓度为0.003mol/L，焙烧温度为450℃制备的CeO2催化剂表现出较高的催化活性作了解释。具体为:
　　(1)采用不同的制备条件制备的CeO2具有不同的形貌特征，以氨水为沉淀剂，水热温度为200℃，矿化剂浓度为0.003mol/L制备的CeO2边缘清晰，呈八面体形貌，晶粒较大，优先暴露出(111)晶面，对BDO选择性脱水合成3B1ol的催化活性最高，BDO转化率达到95.8％，3B1ol的收率为60.7％;
　　(2)随着焙烧温度的升高，催化剂出现烧结现象，因而反应活性降低。
　　2.通过考察不同催化剂的催化反应性能，及对催化剂性能表征，结果发现ZrO-CeO2、CaO-ZrO2催化剂形成铈锆、钙锆固溶体，参杂物种的引入使得催化剂的抗烧结能力增强，在BDO脱水合成3B1ol反应中表现出较高的催化活性。

目录

摘要

第一章 文献综述及选题背景

1．1 引言

1．2 醇类脱水催化剂的研究

1．2．1 乙醇脱水催化剂的研究

1．2．2 二元醇及多元醇脱水催化剂的研究

1．2．3 醇脱水催化剂的分类及其机理

1．2．4 1，4-丁二醇选择性脱水合成3-丁烯-1-醇催化剂的研究进展

1．3 选题思路及研究内容

第二章 实验装置及研究方法

2．1 实验所用主要试剂及仪器

2．1．1 主要试剂

2．1．2 主要仪器

2．2 催化剂的表征

2．2．1 X-射线衍射(XRD)

2．2．2 N2物理吸附

2．2．3 透射电镜(TEM)

2．2．4 二氧化碳程序升温脱附(CO2-TPD)

2．2．5 序升温还原(H2-TPR)

2．3 催化剂的反应性能评价

2．3．1 实验装置

2．3．2 实验步骤

2．3．3 产物分析

第三章 沉积水热法制备CeO2及其1，4-丁二醇脱水反应性能

3．1 引言

3．2 催化剂的制备、评价及表征

3．2．1 水热温度的确定

3．2．2 水热时间的确定

3．2．3 矿化剂用量的确定

3．2．4 焙烧温度对BDO脱水反应性能的影响

3．3 本章小结

第四章 复合氧化物的制备及其对BDO脱水性能研究

4．1 引言

4．2 掺杂氧化物MOx-CeO2催化剂的制备

4．3 掺杂氧化物MOx-CeO2催化剂的性能评价

4．3．1 催化剂的制备

4．3．2 催化剂性能评价

4．3．3 催化剂的XRD分析

4．3．4 催化剂的比表面积分析

4．4 CaO-ZrO2催化剂的研究

4．4．1 催化剂的制备

4．4．2 催化剂的性能评价

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文工作总结

5．2 论文创新之处

5．3 后续工作设想

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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