负载型纳米Au催化剂上苯酐选择性加氢制备苯酞的研究

摘要

苯酞是一种重要的精细化学品中间体，广泛应用于医药、农药、染料等领域。苯酐催化加氢法是合成苯酞的一条绿色工艺路线。苯酐加氢过程中会生成多种加氢产物，因此，高活性、高选择性催化剂的选择与开发是关键。 论文创新地将负载型纳米Au催化剂应用于苯酐选择性加氢反应，采用沉积-沉淀法制备了一系列负载型纳米Au催化剂，系统考察了载体种类、Au负载量、焙烧温度以及焙烧时间、还原温度、助剂、pH值等因素变化对Au催化剂加氢性能的影响，对催化剂的稳定性及其失活机理进行了研究，采用XRD、BET、HRTEM、ICP及FT-IR等方法对催化剂进行了表征。 研究结果表明，以TiO2为载体，Au负载量为2.0 wt％，助剂Fe2O3添加量为5 wt％时制备的Au催化剂表面Au颗粒尺寸在2-4 nm之间，催化剂对苯酐加氢反应表现出很好的活性和选择性。若pH值控制在8.10左右，催化剂焙烧温度为300℃，焙烧时间4h，还原温度200℃条件下制备的纳米Au催化剂用于苯酐选择加氢反应9h，苯酐转化率与苯酞选择性分别高达97.63％和95.24％。 添加助剂Fe2O3可显著提高Au/TiO2催化剂的活性、选择性和稳定性，原因可能由于Fe3+容易引起纳米TiO2晶格膨胀，形成晶格缺陷位点，有利于Au粒子与载体相结合；同时Fe2O3的存在使介孔孔壁保持较好的热稳定性及机械强度，使孔壁不容易塌陷，在加氢反应中表现出更好的稳定性。 确定了Au/Fe2O3-TiO2催化剂上苯酐选择加氢制苯酞的最佳反应工艺条件为：反应温度190℃，反应压力3.0 MPa，催化剂用量为反应底物的20 wt％，反应物浓度为0.1 g/mL。在此优化条件下反应7h，苯酐转化率为95.36％，苯酞选择性为94.53％。 本论文研发的Au/Fe2O3-TiO2催化剂与传统镍基催化剂相比，有效抑制了苯酐加氢副反应，使苯酞的选择性有显著提高，具有良好的应用前景。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1文献综述

1.1.1苯酞的用途

1.1.2苯酞的合成方法

1.1.3 Au催化剂在液相加氢中的应用

1.1.4Au催化剂性能的影响因素

1.2论文立题依据及主要研究内容

1.2.1论文立题依据和意义

1.2.2论文主要研究内容

第二章实验部分

2.1试剂与主要仪器

2.1.1主要试剂

2.1.2主要仪器及设备

2.2实验方案与步骤

2.2.1实验方案

2.2.2实验步骤

2.3催化剂的制备

2.3.1载体的预处理

2.3.2沉积-沉淀法制备纳米Au催化剂

2.4催化剂的活性评价

2.4.1实验方法

2.4.2产物分析

2.5催化剂表征

2.5.1 X射线衍射(XRD)

2.5.2比表面和孔结构的测定(BET)

2.5.3元素分析(ICP-MS)

2.5.4高分辨透射电镜(HRTEM)

2.5.5傅立叶红外(FTIR)

第三章负载型纳米Au催化剂的性能研究

3.1前言

3.2载体对Au催化剂性能的影响

3.3 Au负载量对Au／TiO2催化剂性能的影响

3.3.1 Au负载量对Au／TiO2加氢性能的影响

3.3.2催化剂的HRTEM表征

3.3.3催化剂的XRD表征

3.4焙烧温度及焙烧时间对Au／TiO2催化剂性能的影响

3.4.1焙烧温度对Au／TiO2催化剂加氢性能的影响

3.4.2催化剂的HRTEM表征

3.4.3焙烧时间的影响

3.5还原温度对Au／TiO2催化剂性能的影响

3.6助剂对Au/TiO2催化剂性能的影响

3.6.1助剂种类对Au／TiO2催化剂性能的影响

3.6.2助剂含量对Au／TiO2催化剂性能的影响

3.7 pH值的影响

3.8 Au催化剂的稳定性实验

3.8.1催化剂Au／Fe2O3-TiO2和Au／TiO2的稳定性比较

3.8.2催化剂的失活机理分析

3.9 Au／FeO3-TiO2催化剂与Ni／TiO2催化剂性能比较

3.10小结

第四章Au／Fe2O3-TiO2催化剂上苯酐加氢反应条件的优化

4.1前言

4.2反应温度的影响

4.3反应压力的影响

4.4催化剂用量的影响

4.5反应物浓度的影响

4.6小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

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致谢