Pt/HZSM-5催化木质素基酚选择性脱氧甲基化制备二甲苯的研究

摘要

木质素是木质纤维素生物质重要组成之一，主要由各种不规则芳基醚键联接而成。随着化石能源的逐渐枯竭和环境问题的日益突出，将木质素转化为燃料和化学品的研究具有十分重要的意义，越来越受到人们的关注。本课题提出了一种新颖的由木质素基酚选择性脱氧甲基化制备二甲苯的方法，为将来研究木质素的转化利用提供了理论基础。
　　实验首先对间甲酚的加氢脱氧反应进行了研究，考察了温度、H2/间甲酚摩尔比、氢气压力、空时和载体碱处理对该反应的影响。结果表明：温度和氢气压力对产物组成的影响最显著。烷烃选择性随温度升高快速降低，芳烃化合物选择性随温度升高逐渐增大，400℃以上最主要的产物是甲苯。虽然氢气压力从2 MPa降为1MPa，烷烃选择性明显降低，甲苯选择性大幅提高，但考虑高温（>400℃）时催化剂的稳定性，仍选择2 MPa作为反应压力。
　　为了制得高选择性的二甲苯，将间甲酚与甲醇混合物作为原料，考察了间甲酚/甲醇、H2/间甲酚摩尔比和气体氛围对间甲酚转化率和二甲苯选择性的影响。结果表明：只有保持催化剂表面氢浓度一致，即H2/反应物摩尔比恒定，才能保证不同间甲酚/甲醇摩尔比时间甲酚均获得高转化率。此时，二甲苯选择性随间甲酚/甲醇摩尔比减小而增大。以1.0 wt.％ Pt/Z-57为催化剂、摩尔比为1/8的间甲酚和甲醇混合物为原料，425℃时二甲苯选择性最高（43.7%），是同等条件下间甲酚加氢脱氧（21.4%）的2.1倍。加入甲醇后，二甲苯量的增加与反应体系中的甲苯甲基化、二甲酚脱氧和甲醇芳构化反应有关。根据以上讨论结果，提出了以Pt/Z-57为催化剂、氢气条件下，间甲酚与甲醇作用的反应网络。
　　以摩尔比为1/4的间甲酚和甲醇混合物为原料，分别从金属组分、载体酸性和载体孔道结构三个方面考察了催化剂性质对间甲酚与甲醇反应的影响。结果表明：7种催化剂中，具有适当的Pt负载量、酸量和载体孔结构的1.0 wt.% Pt/Z-57D是最优的催化剂。不同催化上不同反应结果可由间甲酚与甲醇反应网络解释，从而验证了该反应网络的正确性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 文献综述

1.1 木质素

1.2 木质素模型化合物加氢脱氧

1.3 二甲苯

1.4 课题研究内容及意义

第二章 实验原料、催化剂制备及表征

2.1 实验原料

2.2 催化剂制备

2.3 催化剂表征

2.4 催化剂反应性能评价测试

2.5 产物分析

第三章 间甲酚加氢脱氧反应的研究

引言

3.1 催化剂表征结果

3.2 反应条件对间甲酚加氢脱氧反应的影响

3.3 本章小结

第四章 间甲酚与甲醇反应制二甲苯的研究

引言

4.1 反应条件对间甲酚与甲醇反应的影响

4.2 加入甲醇后，二甲苯增加原因的探究

4.3 间甲酚与甲醇作用的反应网络

4.4 催化剂稳定性的初步研究

4.5 本章小结

第五章 不同催化剂对间甲酚与甲醇反应的影响

引言

5.1 催化剂表征结果

5.2 不同催化剂上间甲酚与甲醇反应结果

5.3 酚种类的影响

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢