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《华中科技大学》 2015年
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含铜尖晶石负载纳米金催化生物乙醇液相氧化的反应研究

李德平  
【摘要】:丰富价廉的生物质资源是唯一可以替代化石资源获取液体燃料和化学品的可再生资源。因此,生物质及其衍生物的高效转化利用可以帮助我们降低对日益耗竭、污染严重的化石资源的依赖,是实现经济和社会可持续发展的关键。随着生物质发酵制乙醇技术的迅速发展,生物乙醇已占全球乙醇产量的90%以上。除了用作生物燃料,生物乙醇最有前景的用途就是作为生物质平台化合物来生产大宗化学品。生物乙醇经氧化后可以得到乙醛、乙酸和乙酸乙酯等附加值产品,发展以分子氧为氧化剂的乙醇催化选择氧化是目前研究的热点。在众多的醇类氧化催化剂中,负载型纳米金显示出较高的抗氧化失活能力和催化选择性,而金催化活性与载体的性质密切相关。因此,研究乙醇氧化过程中纳米金颗粒与载体之间的构效关系是一个兼具挑战性和机遇的课题。由于Au/MgCuCr2O4在催化乙醇气相氧化中表现出高效的Au-Cu协同催化作用,受此启发,本文提出以含Cu尖晶石负载纳米金为催化剂进行生物乙醇的液相催化氧化反应,深入研究含Cu尖晶石的组成和结构对Au-Cu协同作用和催化性能的影响。制备了CuCr和CuFe为主要组成的两种系列不同尖晶石负载纳米金催化剂,金颗粒尺寸均在2-4 nm。通过比较负载金催化剂在乙醇液相氧化中的催化性能,筛选出的最优化催化剂是Au/CuFe2O4,其在温度为150℃、O2压力为3.0MPa、反应24小时后,乙醇转化率能达到88.7%,乙酸选择性能达到92.67%。对比了不同贵金属Au、Pt、Pd负载于CuFe2O4尖晶石对乙醇液相氧化的催化性能,Au/CuFe2O4催化性能远好于负载型Pt和Pd催化剂。在此基础上对Au/CuFe2O4催化生物乙醇液相氧化的反应条件进行了系统考察,探讨了反应温度、时间、CuFe2O4载体的焙烧温度、等对乙醇转化率和产物分布的影响,最后进行了催化剂的循环稳定实验,对比已报道的负载纳米金催化剂在乙醇液相氧化会很快失活,Au/CuFe2O4催化剂在循环使用5次后仍能保持很高的活性。
【关键词】:生物乙醇 金催化氧化 尖晶石 构效关系
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:O621.251
【目录】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-9
  • 1 概论9-29
  • 1.1 生物乙醇的综合利用9-15
  • 1.2 乙醇选择性催化氧化15-21
  • 1.3 负载金催化乙醇选择性催化氧化21-28
  • 1.4 选题目的和研究内容28-29
  • 2 实验29-38
  • 2.1 试剂及仪器29-30
  • 2.2 催化剂制备30-32
  • 2.3 催化剂表征32-34
  • 2.4 催化剂的活性评价34-35
  • 2.5 产物分析35-38
  • 3 生物乙醇催化氧化反应尖晶石载体筛选38-55
  • 3.1 催化剂的表征及构效关系38-50
  • 3.2 铜铬尖晶石负载纳米金催化生物乙醇氧化50-51
  • 3.3 铜铁尖晶石负载纳米金催化生物乙醇氧化51-52
  • 3.4 非尖晶石载体负载纳米金催化剂的催化性能52-53
  • 3.5 CUFE_2O_4载体焙烧温度对生物乙醇催化氧化反应的影响53-55
  • 4 反应条件对生物乙醇氧化的影响55-66
  • 4.1 AU、PT、PD负载CUFE_2O_4尖晶石的催化性能55-56
  • 4.2 温度对生物乙醇转化率和产物分布的影响56-57
  • 4.3 压力对生物乙醇转化率和产物分布的影响57-58
  • 4.4 反应时间对生物乙醇转化率和产物分布的影响58-59
  • 4.5 金负载量的增加对乙醇转化率和产物分布的影响59-60
  • 4.6 催化剂用量对乙醇转化率和产物分布的影响60-61
  • 4.7 溶剂的影响61-63
  • 4.8 催化剂热滤实验63-64
  • 4.9 催化剂的循环性能64-66
  • 5 结论66-67
  • 致谢67-69
  • 参考文献69-74

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