PVA-固体酸渗透汽化催化膜的制备及其在乙酸丁酯合成中的应用

摘要

渗透汽化催化膜是指同时具有催化和分离双重功能的渗透汽化膜。它将渗透汽化工艺与反应耦合,将物质分离和化学反应催化有机的结合,使工艺流程更加紧凑,降低了设备投资和操作费用。
　　 本文研究了以PVA为分离层、以固体酸为催化剂的渗透汽化催化膜的制备方法,优化了制膜参数,并将其用于乙酸丁酯的催化合成,主要研究结果如下:
　　 (1)分别用共混法、粘附法以及浸没沉淀法制备了PVA-固体酸渗透汽化催化膜。膜催化效果的表征,证明浸没沉淀法制备的渗透汽化催化膜效果较好。该方法将高分子溶液与催化剂共混后经凝固浴处理,在催化层形成了多孔结构,使催化剂活性位有效地暴露于膜表面,有利于使其充分与料液接触,催化活性强,催化效果好。而且,此法催化剂负载量易于控制,机械强度好,便于制备。
　　 (2)对浸没沉淀法制备渗透汽化催化膜的制膜条件进行了优化,分别考察了催化剂负载量、粒径以及凝固浴种类、浸泡温度等因素对催化膜催化效果的影响。结果表明,催化剂负载量为200g／m2,催化剂粒径200目时,催化剂在膜表面分布均匀,状态稳定,且固定牢固,不易脱落；以25℃无水乙醇为凝固浴,PVA表面孔径较大,活性层较为疏松,催化效果好。同时通过对95％乙醇／水的分离实验,考察了渗透汽化催化膜的分离功能,通量为211.95g／(m2·h),分离因子为75,能够满足分离—催化耦合的要求。
　　 (3)用制备好的PVA-固体酸渗透汽化催化膜对乙酸丁酯的酯化反应进行催化—分离耦合研究。结果表明,与游离固体酸催化剂相比,负载在渗透汽化催化膜上的催化剂保持了原有的催化活性,催化效果良好,且重复使用效果良好。通过摇瓶实验,确定了合成乙酸丁酯的最佳反应条件为:醇酸摩尔比1:1,催化剂加入量0.4g,反应时间8h。在以上反应条件下,反应温度为85℃,经过20h的反应分离耦合实验,转化率为91％,而相同条件下的平衡转化率仅为75％,表明催化膜实现了反应与分离的耦合,打破了反应的平衡,使转化率增加。

目录

文摘

英文文摘

Contents

符号说明

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 催化膜及催化膜反应器概述

1.2.1 催化膜及催化膜反应器的定义

1.2.2 催化膜反应器的特点

1.2.3 催化膜及催化反应器的分类

1.3 渗透汽化催化膜概述

1.3.1 渗透汽化催化膜反应器及渗透汽化催化膜定义

1.3.2 渗透汽化膜分离技术概述

1.3.3 渗透汽化催化膜的制备

1.4 本课题的研究目的和意义

第二章 渗透汽化催化膜的制备方法

2.1 引言

2.2 共混法制备渗透汽化催化膜

2.3 粘附法制备渗透汽化催化膜

2.4 浸没沉淀相转化法制备渗透汽化催化膜

2.5 小结

第三章 浸没沉淀相转化法制备渗透汽化催化膜及条件优化

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂与仪器

3.2.2 实验流程

3.3 结果与讨论

3.3.1 交联剂马来酸加入量对膜分离性能的影响

3.3.2 催化剂对渗透汽化催化膜制备的影响

3.3.3 与催化剂共混的PVA浓度的影响

3.3.4 凝固浴对渗透汽化催化膜制备的影响

3.3.5 渗透汽化催化膜的分离性能测试

3.4 小结

第四章 渗透汽化催化膜在乙酸丁酯合成中的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 试剂与仪器

4.2.2 实验流程

4.3 结果与讨论

4.3.1 催化膜对反应体系催化性能考察

4.3.2 催化膜耦合酯化反应

4.4 小结

第五章 结论

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介

参考文献