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《中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)》 2017年
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适于丙烯酸甲酯流化床工艺的VPO/γ-Al_2O_3催化剂研究

赵辉  
【摘要】:本论文针对醋酸甲酯与甲醛合成丙烯酸甲酯的技术路线,开发了 VPO/γ-Al_2O_3催化剂,通过载体筛选、活性组分负载方式、负载量及载体改性的研究获得了优化的催化剂,同时研究了催化剂的活性规律。主要研究内容及结果如下:(1)筛选了六种载体y-Al_2O_3、Nb2O5、Sb2O3、ZrO2、TiO2,对六种催化剂的反应活性进行了评价,获得了优化的载体γ-Al_2O_3。通过对催化剂进行物理化学表征,获得了不同载体下催化剂结构、晶相、稳定性及酸碱性等信息,得出了载体影响VPO活性相性质的结论,其中酸碱性是影响催化剂反应活性的重要因素。(2)设计了两种前驱体负载方式,一种为原位生成,另一种为沉淀沉积,对两种方式所得催化剂的活性进行了比较,其中在γ-Al203表面原位生成的催化剂活性相晶粒较小,物相分散均匀且活性较高,从而确定了原位合成VPO相的制备方法。通过改变活性组分负载量并对其进行活性评价,得到了优化的负载量为15 wt%,甲醛转化率为35%,目标产物收率为33%。借助BET、XRD、TPD等表征手段,获得了催化剂表面结构、结晶物相、晶粒大小及酸碱性等信息。(3)通过对载体作用的研究,设计了一种磷酸改性载体的方法来改善活性相性质。借助于表征分析,获得了改性后催化剂性质的信息,磷酸扩大了 y-Al203孔道,增加了活性相的实际负载量,载体改性增强了催化剂表面P-OH的吸收峰,改变了催化剂酸性分布,使中性酸占据主导地位。催化剂活性在磷酸浓度为2.0 mol/L时最高,甲醛转化率达到42%,丙烯酸甲酯收率为39%。(4)优化了醋酸甲酯与甲醛的反应温度及进料比,获得优化的反应温度为623 K,优化酯醛比5:1,对催化剂失活原因及再生性能进行了考察,结果表明积碳使催化剂活性下降,使用寿命为60h,空气活化后可重复使用。考察了催化剂的耐磨性能,获得了可进行流化床应用的数据支撑。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O643.36;TQ225.24

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