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Pd-Cu合金复合膜研制及膜反应器糠醛加氢合成糠醇研究

高会元  
【摘要】:近年来,由于Pd合金复合膜具有很高的氢渗透速率和高度透氢选择性以及明显的成本优势等特点,对于它们的应用研究非常活跃。研制开发膜反应器就是其中最重要的应用研究之一。目前,工业规模的膜反应器应用事例还很少—主要原因就是膜的稳定性能还不能满足工业化要求(如保持长期的化学稳定性、热稳定性和良好的机械强度等问题)。显然,研制出性能稳定的金属复合膜是保障膜反应器应用的前提。 本文利用改进的无电化学镀技术制备了性能稳定的(5-10μm厚)Pd-Cu/ZrO2-PSS合金复合膜。复合膜基体为多孔不锈钢材料经过改性的溶胶-凝胶ZrO2成膜技术进行表面修饰;通过对Pd-Cu/ZrO2-PSS合金复合膜进行气体渗透研究,结果表明合金膜表面组成、膜表面形貌、合金膜厚度、合金膜的结构以及渗透温度等对复合膜的渗透行为都有很大影响。氢压指数和渗透活化能在一定程度上反映着复合膜的渗透性质。把这些参数与氢传递行为相互关联不仅有助于理解氢渗透机理,而且对于合成优质性能的Pd-Cu合金复合膜是有指导作用的。 另外,利用Pd-Cu合金复合膜进行了膜反应器设计。经过计算机对膜反应器进行模拟并与传统的反应器进行比较获得了许多有价值的信息:(1)在同等条件下膜反应器用于催化加氢反应比传统共进料填充床反应器具有选择性好、产品收率高、副产品少且品种单一等优点;(2)金属膜的渗透氢通量过大或者过小都不能使膜反应器达到最佳工作状态(产品收率都不是最理想值),为了充分发挥膜反应器的优势需要优化操作条件。(3)载气明显影响膜反应器的催化加氢性能,减少载气用量可以提高产品收率。 本文以共沉淀法制备的Cu/MgO-K2O作为催化剂,以糠醛催化加氢合成糠醇作为模型反应,考察了膜反应器的催化加氢性能。获得的实验结果与计算机对膜反应器的模拟结果是一致的。说明建立的催化加氢膜反应器理论模型是正确性的、合理的。该模型对进一步深入研究加氢膜反应器具有指导意义。


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