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《太原理工大学》 2010年
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甲醇液相氧化羰基化Cu-Si-Ti基催化剂的研究

刘树森  
【摘要】: 碳酸二甲酯(Dimethyl carbonate, DMC)毒性与无水乙醇相近,属于绿色低毒的化工原料和产品,于1992年在欧洲通过了非毒性化学品(Non toxic substance)的注册登记。DMC结构中含有甲基、甲氧基、羰基等多种基团,因此具有良好的反应性能,是一种重要的有机合成中间体,被称为21世纪有机合成领域的“新基块”。近年来,DMC作为绿色洁净溶剂和汽油添加剂等的非反应性用途也逐步走向工业化,增长的市场需求使得DMC合成的研究倍受关注。 甲醇液相氧化羰基化法是人们最早研究的非光气法DMC合成工艺,也是众多DMC合成方法中成本最低、最经济的工业路线。但是,该工艺使用的工业催化剂CuCl存在易失活和对设备腐蚀的问题,研究人员虽然针对这两个问题进行了大量的研究,但问题一直没有得到有效的解决,影响了该工艺的推广和发展。 采用溶胶-凝胶法可以合成大比表面、窄孔径分布的复合氧化物材料,且制备过程中容易引入第三组分制得具有新颖结构和功能的催化剂。本文在溶胶制备过程中将CuCl2引入催化剂中,通过热处理将其中的Cl脱除,解决催化剂失活与腐蚀性的问题。微波辐射具有“选择性加热”的特点,可以使活性组分在极短时间内均匀地分散到载体表面,近年来在催化剂制备方面引起了人们极大地关注。研究发现,CuCl是一种强微波吸收体,在微波场中升温迅速,易于分散到载体表面。因此本文采用微波辐射将CuCl分散到SiO2-TiO2复合氧化物载体上,使CuCl与载体发生强相互作用,从而提高催化剂的稳定性。 本文采用溶胶-凝胶法制备了Cu-SiO2-TiO2催化剂,研究发现,催化剂的活性受铜源、Si/Ti比影响较大。最佳的铜源为CuCl2,最佳的Si/Ti比为10;当Cu负载量较低时催化剂活性较差,而负载量过高会导致铜物种在焙烧过程中流失,Cu负载量为12.5 mol%的催化剂活性高于工业催化剂CuCl。检测显示,干凝胶样品中~90%的Cl在高温焙烧过程中被脱除,因此催化剂腐蚀性比CuCl明显降低。 采用微波加热和电炉加热制备了CuCl/SiO2-TiO2催化剂,对催化剂结构与性能进行了表征和测试。结果显示,微波加热可以在低于电炉加热温度以及更短的时间内将CuCl高度分散到载体表面,而且微波辐射制备的催化剂中CuCl和载体发生了强相互作用,比电炉加热制备的催化剂中形成更多的易还原铜物种,对CO的吸附能力更强。活性测试表明,在甲醇液相氧化羰基化反应中微波辐射制备的催化剂上甲醇转化率为11.7%,碳酸二甲酯选择性达96.5%,高于相同条件下电炉加热制备催化剂的活性。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ203.2

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【参考文献】
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