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负载型Cu/TiO_2系催化剂的研究

王美涵  
【摘要】: 金属铜和载体TiO_2组成的铜钛系催化剂已经在CO-NO、CO_2加氢等反应中获得应用。由于TiO_2晶型多变,与铜产生相互作用构成协同催化,使其在催化反应过程中与SiO_2、Al_2O_3等载体的作用不同,可影响催化剂的催化性能。早已发现金属铜对加氢反应具有活性,随着催化学科的发展,控制反应的选择性变得越来越重要,实现选择加氢可提高资源的利用程度,降低生产成本。本文以糠醛选择加氢和乙烯氢甲酰化反应为对象,对Cu/TiO_2系催化剂的催化性能进行了研究,以实现环境友好绿色过程,取代含铬糠醛加氢催化剂和乙烯氢甲酰化反应中铑系等贵金属催化剂。主要取得了以下重要结果: 1、在常压条件下进行了糠醛的气相加氢反应,讨论了铜含量、反应温度、氢醛比、助剂对糠醛加氢活性和选择性的影响。结果发现在反应温度160℃,液体空速0.47h~(-1),氢醛比为8的条件下,CuO-K_2O/TiO_2催化剂上糠醛的转化率为98.1%,糠醇的选择性为99.9%,与进口Cu-Cr催化剂具有基本相同的活性和选择性。 2、第二种纽份金属Ni的加入改变Cu/TiO_2催化剂在糠醛加氢和乙烯氢甲酰化两个反应中的活性和选择性。随铜镍比的改变,镍相对含量高的催化剂加氢能力强,而铜相对含量高的催化剂有利于氢甲酰化反应。 3、运用TPR、XRD、XPS、BET比表面等方法对Cu/TiO_2系催化剂的物理化学性质进行了表征。BET比表面结果显示,TiO_2负载CuO后,比表面积降低;而负载NiO后其比表面积增加。TPR实验结果表明,Cu与TiO_2、Cu与Ni之间都存在着相互作用。XPS分析表明,助剂K在还原之后,在催化剂表面富集,从而提高了催化剂的活性和选择性。不同铜镍比对催化剂性能的影响是由于铜和镍在催化剂表面上存在的状态和数量不同。


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