戊糖加氢裂解制备小分子多元醇的研究

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乙二醇、丙二醇可被广泛应用于生物、医疗和化工等领域。目前大规模生产乙二醇和丙二醇的主要方法来自于石油化工和煤化工。但是随着石油资源和煤资源的日益枯竭,寻找可替代资源迫在眉睫。  秸秆、木材、树叶等生物质资源广泛分布于自然界中,并具有可再生性。一定的处理方式可使其转变为糖类物质,进而通过加氢裂解制备小分子化工产品,具有重要的研究价值。  本文以秸秆降解液得到的糖液(木糖(w)∶阿拉伯糖(w)∶葡萄糖(w)=10∶3∶1)为原料,采用负载型镍基催化剂对其进行加氢裂解制备小分子多元醇。主要的研究内容如下:  (1)采用浸渍法制备了一系列负载型镍基催化剂,并采用N2吸附脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)等手段对其物化性质进行表征,考察了其在戊糖加氢反应中的催化活性。结果发现活性炭载体制备的催化剂比表面积和孔容最大,所以为反应物分子提供接触面积最大。通过H2-TPR表征可知,少量Cu的掺杂促进更多的Ni颗粒与活性炭载体形成强相互作用,从而提高催化剂的活性。另外当Ni的负载量达到16%时,催化活性最好。最终的反应结果表明,当以16%Ni-0.5%Cu/AC为催化剂,催化剂的还原温度为550℃时,加氢反应的温度、压力以及反应时间分别为120℃、2.5MPa和3h,糖的平均转化率为98.01%,目标产物总产率为87.71%。  (2)同样,采用浸渍法制备了一系列Ni/AC负载型催化剂,并采用第二组分对其进行改性,通过液氮吸附、XRD、TEM等手段对其物化性质进行了表征,考察了其在糖醇裂解反应中的催化性能。结果发现,掺杂少量的镧会明显提高催化剂的比表面积和孔容,从而提高Ni颗粒在载体表面的分散性,即使Ni的掺杂量达到20%时,Ni在载体上分布均匀。研究了不同条件对催化剂催化性能的影响。结果表明,反应液中添加少量的NaOH会提高反应物的转化率;当以20%Ni-0.3%La/AC为催化剂时,在适宜的反应条件下,即NaOH(w)∶原料(w)=3∶75,裂解反应的温度、压力及时间分别为240℃、5.5MPa以及6.5h,糖醇的平均转化率为98.84%,目标产物(EG、1,2-PG、1,3-PG)的总产率为66.21%。  (3)采用浸渍法制备了一系列不同负载量的Ni-Cu-La/AC催化剂,采用BET、XRD、H2-TPR、TEM等手段对催化剂物化性质进行表征,并在“一步法”中制备小分子多元醇反应中考察其催化性能。结果发现,掺杂少量的Cu有效地促进了更多的Ni颗粒与载体形成强相互作用;而少量镧的掺杂可以极大地增加了催化剂的比表面积以及孔容;另外当Ni的掺杂量达到20%时,Ni还可以在载体上均匀分布。最终当以20%Ni-0.6%Cu-0.3%La/AC为催化剂,催化剂的还原温度为550℃,在适宜的反应条件下,即NaOH(w)∶原料(w)=4∶75,加氢反应的温度、压力和反应时间分别为110℃、2.5MPa和3.0h,裂解反应的温度、压力和反应时间分别为240℃、5.0MPa以及6.0h,目标产物的总产率达到70.13%。
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