Co/HAP催化剂催化天然油脂及脂肪酸选择性加氢制备脂肪醇

摘要

21世纪以来，迅速发展的工业生产及人类生活对化石燃料需求的日益增加与化石资源的消耗殆尽正迫使人们开发利用可再生资源。生物质作为一种储量丰富的可再生清洁能源对于未来绿色燃料和化学品的生产至关重要。其中天然油脂类生物质是当前化工生产中的重要绿色可再生原料，其特殊的结构和性质使其具有进一步高值化工业应用的价值，因此备受关注。
　　脂肪醇作为天然油脂及脂肪酸转化过程中的重要衍生产物，可被用于生产各类表面活性剂及其他精细化学品等。天然油脂及脂肪酸加氢制备脂肪醇过程中使用的传统催化剂主要为CuCr催化剂，其合成过程会造成环境污染并且反应条件非常苛刻。新发展的催化体系主要为贵金属催化体系，贵金属催化剂合成成本较高而不利于大规模的工业生产。但非贵金属催化体系中催化剂合成大多较为复杂并且反应条件也相对较高。因此，发展一种简单、绿色高效的非贵金属催化体系用于天然油脂及脂肪酸选择性加氢制备脂肪醇具有重要意义。
　　在本文研究工作中，我们发展了一种新的高效的非贵金属催化体系用于温和条件下水相催化天然油脂及脂肪酸选择性加氢制备脂肪醇。将具有适当加氢活性的非贵金属钴作为加氢金属，并以硬脂酸作为脂肪酸模型物。通过简单的湿润浸渍法制各得到了一系列具有不同载体的钴催化剂(HZSM-5、CeO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、TiO2和羟基磷灰石HAP)用于硬脂酸加氢实验。通过催化剂活性对比发现，在这些催化剂中Co/HAP显示出了最高的反应活性，在190℃、4MPaH2条件下可以实现硬脂酸的完全转化，并且十八醇的收率可以达到97.1％。此外，Co/HAP催化剂还能适用于不经任何预处理的天然非食用油脂—麻风树油的加氢并且可以取得较好的反应效果，麻风树油在190℃、4MPa H2条件下可以被一步转化为不同碳数的饱和长链脂肪醇，脂肪醇的总质量收率可以达到83.1wt％。Co/HAP催化剂还能通过改变溶剂为十二烷催化硬脂酸和天然油脂完全加氢脱氧转化为烷烃。通过一系列方法（TEM、XRD、H2-TPR、NH3-TPD、FT-IR和ICP-OES）对催化剂进行了详细的表征，Co/HAP催化剂的高催化活性可能是由于其适当的表面酸性、钴颗粒分布及更强的金属-载体相互作用等多因素共同导致的结果，同时还可能是催化剂表面对硬脂酸的吸附促进了钻颗粒表面活性位点加氢过程的进行。我们还对影响反应的实验参数（温度、压力）进行了优化，并且通过追踪反应过程中间体对可能的反应途径进行了推测。催化剂循环过程中金属浸出和金属颗粒的严重聚集可能是催化剂失活的主要原因。该催化体系将为其他生物质选择性催化加氢反应提供参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 生物质资源及利用

1．2．1 生物质资源简介

1．2．2 生物质资源的利用

1．3 天然油脂及脂肪酸类的转化

1．3．1 天然油脂及脂肪酸简介

1．3．2 天然油脂及脂肪酸类的转化应用

1．4 催化加氢制备天然高级脂肪醇

1．4．1 高级脂肪醇简介

1．4．2 天然高级脂肪醇的制备的研究

1．5 研究目标和研究内容

1．5．1 研究背景

1．5．2 研究目标

1．5．3 研究内容

1．5．4 可行性分析

参考文献

第2章 实验材料及方法

2．1 实验原料

2．2 实验仪器与设备

2．3 催化剂制备方法

2．4 催化剂表征

2．5 催化剂测试及产物检测

第3章 结果与讨论

3．1 不同载体催化剂对硬脂酸加氢制备脂肪醇反应的影响

3．2 催化剂表征结果及分析

3．3 反应温度对硬脂酸加氢制备脂肪醇反应的影响

3．4 反应氢压对硬脂酸加氢制备脂肪醇反应的影响

3．5 反应时间对硬脂酸加氢制备脂肪醇反应的影响

3．6 硬脂酸加氢制备脂肪醇的反应路径

3．7 麻风树油一步法加氢转化为脂肪醇的实验

3．8 催化剂循环使用性实验

3．9 小节

参考文献

第4章 总结与展望

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果