膜反应器中氢氧直接合成过氧化氢研究

摘要

氢氧直接合成过氧化氢以其反应的原子经济性、工艺的简单性和产品的清洁性成为催化领域的研究热点.本文研究了氢氧直接合成过氧化氢的催化体系,并在膜反应器中对该合成反应进行探索性实验. 采用等体积浸渍法制备了一系列用于氢氧直接合成过氧化氢反应的负载型钯催化剂,考察了催化剂中钯的负载量、钯源、载体预处理以及溶剂对活性的影响,结合XPS表征分析推断了催化剂表面活性组分的价态.结果发现,氢气在溶剂中的溶解度越大,反应转化率越大,甲醇和丙酮都是良好的溶剂；载体经过卤化铵预处理可大幅度提高反应的选择性；含氯离子的钯源是较好的钯源,其中氯化钯的效果最好；Pd的负载量为1.88﹪时,TOF值和过氧化氢浓度都较高；在反应体系中,Pd只能以金属态形式存在,所以催化剂表面上Pd的活性价态为0价. 分别用钯、银依次镀和同时镀两种工艺在单通道α-Al<,2>O<,3>膜管上制备了钯基膜催化剂,并进行了SEM和渗透性表征.结果发现,两种膜都有良好的氢气渗透性,同时镀膜厚度小,渗透性优于分别镀,但由于镀膜工艺和支撑体表面粗糙等问题致使膜表面有针孔缺陷存在. 在膜反应器中研究了制膜工艺和氢气渗透压对氢氧直接合成过氧化氢反应的影响.根据研究结果,采用在钯银合金膜上加镀钯膜的方法对膜催化剂进行改进.结果表明,在合金膜的基础上加镀-层钯膜可明显提高膜催化剂的活性；加大氢气的渗透压能大大提高过氧化氢的浓度,在30KPa下达到了0.98g/L,远大于文献值.

目录

文摘

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前言

第一章 文献综述

1.1 钯基膜催化技术简介

1.1.1膜反应器的分类

1.1.2钯基复合膜反应器的主要应用

1.1.3化学镀法制备钯膜或钯银合金膜的技术进展

1.1.4钯基复合膜的表征

1.2 过氧化氢的主要制备方法

1.2.1电解法

1.2.2异丙醇氧化法

1.2.3蒽醌衍生物自动氧化法

1.2.4氧阴极还原法

1.2.5氢氧直接化合法

1.2.6其他方法

1.3 氢氧直接化合法制备过氧化氢研究进展

1.3.1催化剂

1.3.2溶剂

1.3.3反应机理

1.3.4反应器

1.4 本文的研究思路

第二章 氢氧直接合成过氧化氢催化体系的研究

2.1 实验部分

2.1.1实验原料及设备

2.1.2设备可靠性校验

2.1.3载体的卤化和催化剂的制备

2.1.4催化反应实验装置及流程

2.1.5 X射线光电子能谱(XPS)及ICP测定

2.2 产物分析

2.2.1气相色谱分析条件

2.2.2定量方法

2.2.3 TOF及选择性计算式

2.3 结果与讨论

2.3.1催化剂中Pd负载量的影响

2.3.2溶剂对反应的影响

2.3.3载体预处理对催化剂性能的影响

2.3.4钯源对反应的影响

2.3.5催化剂活性组分价态分析

2.4 小结

第三章 钯银合金膜的制备及表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1实验原料及设备

3.2.2支撑体的清洗与活化

3.2.3镀膜方法

3.2.4膜的热处理

3.2.5膜的表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 SEM表征

3.3.2膜的渗透性表征

3.4 小结

第四章 膜反应器中氢氧直接合成过氧化氢反应研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1实验原料及设备

4.2.2膜反应器装置图

4.2.3过氧化氢浓度分析

4.3 结果与讨论

4.3.1钯、银依次镀制备的合金膜催化剂反应结果

4.3.2钯、银同时镀制备的合金膜催化剂反应效果

4.3.3氢气渗透压力对反应的影响

4.4 小结

第五章 结论

参考文献

附录

攻读硕士期间论文发表情况

致谢