Ni-MZrO2双金属催化剂制备及其催化5-羟甲基糠醛选择性加氢脱氧性能研究_第1页
Ni-MZrO2双金属催化剂制备及其催化5-羟甲基糠醛选择性加氢脱氧性能研究_第2页
Ni-MZrO2双金属催化剂制备及其催化5-羟甲基糠醛选择性加氢脱氧性能研究_第3页
Ni-MZrO2双金属催化剂制备及其催化5-羟甲基糠醛选择性加氢脱氧性能研究_第4页
Ni-MZrO2双金属催化剂制备及其催化5-羟甲基糠醛选择性加氢脱氧性能研究_第5页
已阅读5页,还剩20页未读 继续免费阅读

付费下载

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

]。3.35-羟甲基糠醛催化加氢反应条件研究Ni-M/ZrO2双金属催化剂在催化HMF加氢制备2,5-DMF反应中性能会受到催化加氢反应条件影响,所以进一步探究反应温度、反应压力和反应时间条件不同时产生的不同影响,同时还考察了催化剂重复利用性。通过对反应产物进行气相色谱分析,计算HMF的转化率与2,5-DMF的收率,以此全面评估不同反应条件对产物分布的影响。3.3.1反应温度的影响实验中选用Ni-Mo/ZrO2为催化剂,着重探究不同反应温度(120℃、140℃、160℃、180℃、200℃)对Ni-Mo/ZrO2催化HMF加氢制备2,5-DMF反应性能的具体影响。结果如图3-4所示。由图3-4中可知,2,5-DMF收率随反应温度的升高,呈现出先增大后减小的趋势。随着反应温度从120℃升高到200℃,转化率呈现持续上升趋势,到160℃时接近100%。这表明温度升高能有效促进反应进行,使更多反应物转化为产物。当反应温度为120℃时,HMF的转化率和2,5-DMF收率分别为62.5%和36.4%;然而在温度为160℃下,该催化剂可使得HMF加氢脱氧生成2,5-DMF的收率显著提高,达到80.1%。当180℃时,2,5-DMF收率达最大值85.3%。温度进一升高时,HMF催化加氢制备2,5-DMF的收率表现出下降,收率下降至80.7%。这是因为反应温度过高,可能因过度加氢,副反应程度加剧。故选取反应温度为180℃为最佳反应温度。图3-4不同反应温度下的Ni-Mo/ZrO2催化HMF加氢反应反应条件:1gHMF,0.2gcatalyst,30mLisopropanol,180℃,6h,3MPaH23.3.2反应压力的影响实验中保持其他条件固定,针对不同反应压力(1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa)对Ni-Mo/ZrO2催化HMF加氢制备2,5-DMF反应性能的具体影响。结果如图3-5所示。由图3-5,可知在氢气压力考察范围内,随着H2​压力从1.5MPa逐渐增加到3MPa

,HMF转化率呈现明显的上升趋势,从初始的较低水平逐步攀升至接近100%

。在3MPa之后,转化率维持在高位,基本稳定。这表明增加H2压力有利于反应进行,促进反应物转化为产物。当氢气压力为1.5MPa时,HMF的转化率和2,5-DMF收率分别为68.4%和45.3%;当压力逐渐增大,该催化剂可使HMF加氢生成2,5-DMF的收率显著提高。当氢气压力增加至3MPa时,2,5-DMF收率达最大值84.0%。继续升高氢气压力3.5MPa时,2,5-DMF的收率开始下降至81.0%。在考察的压力范围内,从2.5MPa开始HMF的转化率都在95%以上,并且在3MPa之后,转化率保持在100%。因而升高压力确实能促进加氢反应的进行。但是氢气压力过高会导致过度加氢,生成四氢呋喃类副产物。因此选取3MPa为该反应的最佳氢气压力。图3-5不同反应压力下的Ni-Mo/ZrO2催化HMF加氢反应反应条件:1gHMF,0.2gcatalyst,30mLisopropanol,180℃,6h,3MPaH23.3.3反应时间的影响实验中保持其他条件固定,针对不同反应时间(2h、4h、6h、8h、10h)对Ni-Mo/ZrO2催化HMF加氢制备2,5-DMF反应性能的具体影响。结果如图3-6所示。由图3-6可知,随着反应时间从2h到10h,转化率逐渐上升,从2h时的约75%左右逐步升高,到6h左右达到100%,之后基本保持稳定。这表明延长反应时间能促进反应进行,使更多反应物转化为产物,且反应在6h左右基本达到平衡状态。当反应时间为2h时,2,5-DMF占比为49.3%,是主要产物之一。随着反应时间延长,其占比不断增加,4h时达到71.6%,6h时升至82.3%,从8h开始下降,但10h仍保持在79.5%的较高水平。说明适当延长反应时间有利于生成2,5-DMF,可能是因为反应需要一定时间来积累中间产物并逐步转化为2,5-DMF。然而,当反应时间超出适宜范围,过长的反应时长可能会促使2,5-DMF进一步发生转化,生成其他副产物。所以需要综合考量反应时间对HMF转化率及2,5-DMF收率这两个重要指标的影响。选取6h为该反应的最佳反应时间。图3-6不同反应时间下的Ni-Mo/ZrO2催化HMF加氢反应反应条件:1gHMF,0.2gcatalyst,30mLisopropanol,180℃,6h,3MPaH23.3.4催化剂重复性利用实验中保持其他条件固定,考察催化剂循环次数(1、2、3、4、5)对Ni-Mo/ZrO2催化HMF加氢制备2,5-DMF反应性能的具体影响。结果如图3-7所示。图3-7表示Ni-Mo/ZrO2催化剂重复利用情况。总体来看,随着循环次数增加,2,5-DMF产率呈现逐渐下降趋势,首次循环时,2,5-DMF的产率达到了83.3%,表明Ni-Mo/ZrO2催化剂在初次使用时具有较高活性,能够有效地促进反应的进行,多次循环使用过程产率逐渐下降,但经过回收处理后,产率有明显回升。反映了催化剂在多次循环使用过程中活性逐渐降低,但通过一定的回收处理,能使其部分恢复活性,从而提高2,5-DMF的产率。图3-7Ni-Mo/ZrO2催化剂在HMF催化2.5-DMF反应中的重复利用反应条件:1gHMF,0.2gcatalyst,30mLisopropanol,180℃,6h,3MPaH2第四章结论与展望4.1结论本文围绕生物质资源,通过浸渍法制备了以ZrO2为载体负载Ni、Mo双金属的催化剂。利用此催化剂对HMF加氢制备2,5-DMF的反应进行探究。并探究了Ni-Mo/ZrO2催化剂的结构表征,根据在不同反应温度、反应压力、反应时间条件下的HMF转化率与2,5-DMF收率,最终获得了反应的优选条件。综合研究内容,可得到以下结论:运用XRD、SEM、FT-IR表征对Ni-Mo/ZrO2催化剂进行深入分析,结果表明ZrO2载体与所负载的Ni、Mo金属之间结合良好,颗粒大小分散均匀,有利于反应物与催化剂充分接触,进而促进催化反应。采用ZrO2负载Ni、Mo组分制备Ni-Mo/ZrO2催化剂,用量固定为催化剂0.2g,HMF1g,IPA30mL,在反应压力为3MPa,反应时间6h,反应温度180℃时催化效率最佳。在H2氛围下HMF加氢转化率为100%,2.5-DMF的收率在83.3%。4.2展望尽管本文在Ni-M/ZrO2双金属催化剂用于5-HMF加氢脱氧制备2,5-DMF方面取得了一定成果,但仍有诸多方面值得进一步深入探索和研究:虽然对Ni-Mo/ZrO2催化剂的性能有了一定了解,但催化机理未完全明晰。利用更先进的表征技术(如原位表征技术)和理论计算方法,深入研究催化剂在反应过程中的活性位点变化、反应中间体的形成与转化等,有助于从分子层面揭示催化反应的本质,为进一步优化催化剂设计提供更深入的理论指导。这将推动生物质催化转化领域的基础研究,促进新型高效催化剂的开发。参考文献GallezotP.Conversionofbiomasstoselectedchemicalproducts[J].ChemicalSocietyReview,2012,41:1538-1558.ShafaghatH,TsangY.F,JeonJ.K,etal.In-situhydrogenationofbio-oil/bio-oilphenoliccompoundswithsecondaryalcoholsoverasynthesizedmesoporousNi/CeO2catalyst[J].ChemicalEnglishJournal,2020,382:122912.KushwahaN,BanerjeeD,AhmadK.A,etal.Catalyticproductionandapplicationofbio-renewablebutylbutyrateasjetfuelblend-Areview[J].Environ.Manage,2022,310:114772.UllahK,SharmaV.K,AhmadM,etal.Theinsightviewsofadvancedtechnologiesanditsapplicationinbio-originfuelsynthesisfromlignocellulosebiomasseswaste[J].Renew.SustainEnergyReview,2018,82:3992-4008.JinM,SliningerP.J,DienB.S,etal.Microbiallipid-basedlignocellulosicbiorefinery:feasibilityandchallenges[J].TrendsinBiotechnology,2015,33:43-54.MalodeS.J,PrabhuK.K,MascarenhasR.J,etal.Recentadvancesandviabilityinbiofuelproduction[J].EnergyConversionandManagementX,2021,10:100070.LiuH,CaoX,WangT,etal.Efficientsynthesisofbio-monomer2,5-furandicarboxylicacidfromconcentrated5-hydroxymethylfurfuralorfructoseinDMSO/H2Omixedsolvent[J].JournalofIndustrialandEngineeringChemistry,2019,77(4):209-214.LiQ,WangH,TianZ,etal.Selectiveoxidationof5-hydroxymethylfurfuralto2,5-furandicarboxylicacidoverAu/CeO2,catalysts:themorphologyeffectofCeO2+[J].CatalysisScience&Technology,2019,9(7):1570-1580.KubotaS.R,ChoiK.Electrochemicaloxidationof5-hydroxymethylfurfuralto2,5-furandicarboxylicacid(FDCA)inacidicmediaenablingspontaneousFDCAseparation[J].ChemSusChem,2018,11(13):2138-2145.ShaoY,LiY,SunK,etal.Sulfatedzirconiawithdifferentcrystalphasesfortheproductionofethyllevulinateand5-hydroxymethylfurfural[J].EnergyTechnology,2019,48(2):1-10.TianY,DengJ,PanT,etal.Dehydrationofglucoseandfructoseinto5-hydroxymethylfurfuralcatalyzedbylewisacidinionicliquids[J].ChineseJournalofCatalysis,2011,32(6):997-1002.ShahangiF,ChermahiniA.N,SarajiM.Dehydrationoffructoseandglucoseto5-hydroxymethylfurfuraloverAl-KCC-1silica[J].JournalofEnergyChemistry,2018,27(3):769-780.RecheM.T,OsatiashtianiA,DurndellL.J,etal.Niobicacidnanoparticlecatalystsfortheaqueousphasetransformationofglucoseandfructoseto5-hydroxymethylfurfural[J].CatalysisScience&Technology,2016,6(19):7334-7341.RathodP.V,MujmuleR.B,ChungWJ,etal.Efficientdehydrationofglucose,sucroseandfructoseto5-hydroxymethylfurfuralusingtri-cationicionicliquids[J].CatalysisLetters,2019,149(3):672-687.PedersenA.T,RingborgR,GrotkjaerT,etal.Synthesisof5-hydroxymethylfurfural(HMF)byacidcatalyzeddehydrationofglucose-fructosemixtures[J].ChemicalEngineeringJournal,2015,273(14):455-464.NasirudeenM.B,HailesH.C,EvansJ.R.G.Preparationof5-hydroxymethylfurfuralfromglucoseandfructoseinionicliquidsbyreactivevacuumdistillationoverasolidcatalyst[J].CurrentOrganicSynthesis,2017,14(4):596-603.MimuraN,SatoO,ShiraiM,etal.5-Hydroxymethylfurfuralproductionfromglucose,fructose,cellulose,orcellulose-basedwastematerialbyusingacalciumphosphatecatalystandwaterasagreensolvent[J].Chemistryselect,2017,2(3):1305-1310.LiW,ZhangT,XinH,etal.p-Hydroxybenzenesulfonicacid-formaldehydesolidacidresinfortheconversionoffructoseandglucoseto5-hydroxymethylfurfural[J].RSCAdvances,2017,7(44):27682-27688.JezakS,DzidaM,ZorebskiM.Highpressurephysicochemicalpropertiesof2-methylfuranand2,5-dimethylfuran-secondgenerationbiofuels[J].Fuel,2016,184(4):334-343.ChenB,LiF,HuangZ,etal.Carbon-coatedCu-Cobimetallicnanoparticlesasselectiveandrecyclablecatalystsforproductionofbiofuel2,5-dimethylfuran[J].AppliedCatalysisB:Environmental,2017,200(2):192-199.YangP,XiaQ,LiuX,etal.Catalytictransferhydrogenation/hydrogenolysisof5-hydroxymethylfurfuralto2,5-dimethylfuranoverNi-Co/Ccatalyst[J].Fuel,2017,187(17):159-166.GawadeA.B,TiwariM.S,YadavG.D.Biobasedgreenprocess:BiobasedGreenProcess:SelectiveHydrogenationof5-Hydroxymethylfurfuralto2,5-DimethylFuranunderMildConditionsUsingPd-Cs2.5H0.5PW12O40/K-10Clay[J].ACSSustainableChemistry&Engineering,2016,4(8):4113-4123.ShiJ,WangY,YuX,etal.Productionof2,5-dimethylfuranfrom5-hydroxymethylfurfuraloverreducedgrapheneoxidessupportedPtcatalystundermildconditions[J].Fuel,2016,163(41):74-79.LiW,FanG,YangL,etal.Highlyefficientsynchronizedproductionofphenoland2,5-dimethylfuranthroughabimetallicNi-Cucatalyzeddehydrogenation-hydrogenationcouplingprocesswithoutanyexternalhydrogenandoxygensupply[J].GreenChemistry.2017,19(18):4353-4363.ZuY,YangP,WangJ,etal.Efficientproductionoftheliquidfuel2,5-dimethylfuranfrom5-hydroxymethylfurfuraloverRu/Co3O4catalyst[J].AppliedCatalysisB:Environmental,2014,146(18):244-248.JaeJ,ZhengW,LoboR.F,etal.Productionofdimethylfuranfromhydroxymethylfurfuralthroughcatalytictransferhydrogenationwithrutheniumsupportedoncarbon[J].ChemSusChem,2013,6(7):1158-1162.Roman-LeshkovY,BarrettC.J,LiuZ.Y,etal.Productionofdimethylfuranforliquidfuelsfrombiomass-derivedcarbohydrates[J].Nature,2007,447(7147):982-985.InsyaniR,VermaD,KimS.M,etal.Directone-potconversionofmonosaccharidesintohigh-yield2,5-dimethylfuranoveramultifunctionalPd/Zr-basedmetal–organicframework@sulfonatedgrapheneoxidecatalyst[J].GreenChemistry,2017,19(11):2482-2490.ChidambaramM,BellA.T,etal.Atwo-stepapproachforthecatalyticconversionofglucoseto2,5-dimethylfuraninionicliquids[J].GreenChemistry,2010,12(7):1253-1262.ChenN,ZhuZ,LüH,etal.Catalytichydrogenolysisofhydroxymethylfurfuraltohighlyselective2,5-dimethylfuranoverFeCoNi/h-BNcatalyst[J].ChemicalEngineeringJournal,2020,381:122755.HuL,TangX,XuJ,etal.Selectivetransformationof5-hydroxymethylfurfuralintotheliquidfuel2,5-dimethylfuranovercarbon-supportedruthenium[J].IndustrialandEngineeringChemistryResearch,2014,53(8):3056-3064.WangG,WangF,SchüthF,etal.Platinum-cobaltbimetallicnanoparticlesinhollowcarbonnanospheresforhydrogenolysisof5-hydroxymethylfurfural[J].NatureMaterials,2014,13(3):293-300.LouieY.L,TangJ,HellA.M.L,etal.Kineticsofhydrogenationandhydrogenolysisof2,5-dimethylfuranovernoblemetalscatalystsundermildconditions[J].AppliedCatalysisB:Environmental,2017,202:557-568.GoyalR,SarkarB,BordoloiA,etal.Studiesofsynergybetweenmetal-supportinterfacesandselectivehydrogenationofHMFtoDMFinwater[J].JournalofCatalysis,2016,340:248-260.GyngazovaM.S,NegahdarL,BlumenthalL.C,etal.Experimentalandkineticanalysisoftheliquidphasehydrodeoxygenationof5-hydroxymethylfurfuralto2,5-dimethylfuranovercarbon-supportednickelcatalysts[J].ChemicalEngineeringScience,2017,173:455-464.KongX,ZhuY,LiY,etal.Switchablesynthesisof2,5-dimethylfuranand2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuranfrom5-hydroxymethylfurfuraloverRaneyNicatalyst[J].RSCAdvances,2014,4(105):60467-60472.KongX,ZhengR,ZhuY,etal.RationaldesignofNi-basedcatalystsderivedfromhydrotalciteforselectivehydrogenation5-hydroxymethylfurfural[J].GreenChemistry,2015,17(4):2504-2514.YangP,CuiQ,WangY,etal.Catalyticproductionof2,5-dimethylfuranfrom5-hydroxymethylfurfuraloverNi/Co3O4catalyst[J].CatalysisCommunications,2015,66:55-59.LiuX,WangD,LiY.Synthesisandcatalyticpropertiesofbimetallicnanomaterialswithvariousarchitectures[J].NanoToday,2012,7:448-66.YuW,PorosoffMarcD,ChenJ.ReviewofPt-basedbimetalliccatalysis:Frommodelsurfacestosupportedcatalysts[J].ChemicalReview,2012,112:5780-817.LiW,FanG,YangL,etal.Highlyefficientsynchronizedproductionofphenoland2,5-dimethylfuranthroughabimetallicNi-Cucatalyzeddehydrogenation-hydrogenationcouplingprocesswithoutanyexternalhydrogenandoxygensupply[J].GreenChemistry,2017,19(18):4353-4363.袁涛.5-羟甲基糠醛催化还原制备2,5-二甲基呋喃[D].河北工业大学,2014,07:1-56.AhmedH.A,AwadallahA.E,Aboul-EneinA.A,etal.Non-oxidativeDecompositionofCH4

OverCeO2

andCeO2–SiO2

SupportedBimetallicNi–MoCatalysts[J].CatalysisLetters,2022,152:2789-2800.ZhangY,FanG,YangL,etal.CooperativeEffectsbetweenNi-MoAlloySitesandDefectiveStructuresoverHierarchicalNi-MoBimetallicCatalystsEnabletheEnhancedHydrodeoxygenationActivity[J].ACSSustainableChemistry&Engineering,2021,9(34):11604-11615.YuY,DaiY,WangR,etal.MorphologyEffectofZrO2onTuningtheC–HBondActivationinPropaneDehydroge

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论