四氢糠醇制备1,5-戊二醇的催化剂及工艺研究

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1,5-戊二醇(简称1,5-PeD)是一种线性二元醇,作为重要的化工中间体广泛应用于制造涂料、聚酯、香料、聚氨酯、增塑剂以及喷墨油墨或墨水等产品。本课题以四氢糠醇为原料,从选择催化剂和优化工艺条件两个方面对四氢糠醇液相催化加氢制备1,5-戊二醇的反应进行了研究。  采用分步浸渍法制备了一系列不同载体,不同活性组分的催化剂,找到了对四氢糠醇催化加氢活性最高的催化剂Rh-MoOx/AC,并使用N2物理吸附、高分辨透射电镜、X射线光电子能谱、X射线晶体衍射、氨气吸附热量等技术对催化剂进行表征。系统研究了Rh-MoOx/AC催化剂对四氢糠醇液相催化加氢反应的活性和选择性的影响,考察了Mo/Rh的摩尔比、催化剂的还原温度对催化剂结构和性能的影响,并对催化剂进行套用,考察了催化剂的寿命及失活的原因,另外对反应工艺进行优化,首先运用正交实验设计考察最佳工艺条件,随后单因素考察了反应压力、反应温度和原料的浓度对反应的影响。最后对整个反应进行跟踪取样分析,探讨了四氢糠醇催化加氢反应的机理。  四氢糠醇催化加氢反应评价结果表明,Rh-MoOx/AC催化剂对该反应具有较高的活性和选择性。Rh-MoOx/AC催化剂的制备工艺研究表明,采用分步浸渍法,Mo/Rh的摩尔比为0.15,还原温度为550℃,催化剂的活性最高。在Rh/AC催化剂中添加钼对于改变催化剂的活性有着重要的影响,较高的催化活性是由Rh和MoOx的相互作用的结果。催化剂经适当温度还原会出现低价态Mo2+,这种低氧化态MoOx表现出中等强度的酸性,是提高催化活性和选择性的主要原因。经优化的工艺条件为:反应压力为8 MPa,反应温度为120℃,5%的四氢糠醇水溶液,催化剂与原料的质量比为1:10,反应时间为10 h,最终四氢糠醇的转化率为64.3%,1,5-戊二醇的选择性为100%。四氢糠醇加氢开环制备1,5-戊二醇反应是Rh和MoOx协同作用的结果。MoOx可催化醇氧化,醇分子可以吸附在MoOx表面从而形成Mo-醇物种,Rh选择性攻击C-O键提供加氢功能。
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