溫和條件下生物油模型化合物糠醛催化加氫提質(zhì).pdf

1、能源是人類社會(huì)賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)不斷增長的最根本的驅(qū)動(dòng)力。目前全球消耗的最主要能源是石油、煤炭、天然氣等化石燃料，使用比例高達(dá)80％以上。但化石燃料的枯竭以及使用后所帶來的環(huán)境問題，如溫室效應(yīng)、臭氧層空洞、酸雨等，嚴(yán)重威脅著人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，尋找可再生且環(huán)境友好的資源來代替不可再生的化石燃料已成為迫在眉睫的任務(wù)。在眾多的新能源中，生物質(zhì)能源由于具有可再生、低污染、二氧化碳凈排放量為零、原料廣泛分布和儲(chǔ)量大等優(yōu)點(diǎn)

2、，在近幾年吸引了越來越多人的關(guān)注。生物質(zhì)的利用形式主要有轉(zhuǎn)化為氣體燃料、固體燃料和液體燃料，其中將生物質(zhì)通過高溫快速熱裂解生成液體生物油，再經(jīng)催化提質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位的液體燃料，被認(rèn)為是最有效的途徑之一。然而生物油具有含水量大、含氧量高、熱值低、粘度大、酸性強(qiáng)和不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，與化石燃料在性質(zhì)上有所區(qū)別，不能直接用作車用燃料，必須經(jīng)過提質(zhì)后才能達(dá)到要求。在眾多的提質(zhì)方法中，催化加氫由于可以提高生物油的穩(wěn)定性，引起了人們極大的興趣。
　　

3、生物油是一種復(fù)雜且高度氧化的混合物，而其中的糠醛含量較多。糠醛在高溫下非常容易反應(yīng)，極易與生物油中的醇類、醛類和酚類物質(zhì)發(fā)生縮合反應(yīng)和聚合反應(yīng)，形成高分子聚合物，這不僅會(huì)使催化劑嚴(yán)重失活、壽命縮短，而且會(huì)降低生物油的碳效率。設(shè)計(jì)采用糠醛作為生物油中醛類物質(zhì)的模型化合物，特別在低溫的條件下，將其容易發(fā)生反應(yīng)的醛基官能團(tuán)通過催化加氫轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的物質(zhì)，是生物油提質(zhì)中非常關(guān)鍵的一步，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本論文以室溫條件下，生物油中模型化合物糠醛

4、高效催化加氫提質(zhì)為目標(biāo)，以性能優(yōu)異的碳納米管為載體制備了一系列負(fù)載Pt、Pd的催化劑，主要的研究結(jié)果如下：
　　1.制備了MWNT負(fù)載的Pt催化劑，考察了其對(duì)糠醛液相加氫反應(yīng)性能的影響，并與不同酸堿性載體TiO2、ZrO2、CeO2、La2O3、AC進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在相同的反應(yīng)條件下，采用MWNT負(fù)載的Pt催化劑具有最好的糠醛轉(zhuǎn)化率以及糠醇選擇性。在反應(yīng)條件為100℃、3MPaH2和5h時(shí)，1％Pt/MWNT催化劑上糠醛的轉(zhuǎn)

5、化率高達(dá)97.2％，糠醇的選擇性也高達(dá)92.1％，這與MWNT獨(dú)特的物理化學(xué)性能有關(guān)，如電學(xué)性能、孔道結(jié)構(gòu)和吸附性能等。
　　2.系統(tǒng)地研究了不同反應(yīng)因素對(duì)Pt/MWNT催化劑催化糠醛加氫反應(yīng)性能的影響。通過對(duì)反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、氫氣壓力、Pt負(fù)載量、催化劑用量和糠醛用量等因素的考察，篩選得到了最佳的反應(yīng)條件:在反應(yīng)溫度25℃，反應(yīng)時(shí)間5h，氫氣壓力3MPa，1％Pt/MWNT催化劑用量0.1g，糠醛用量0.5mL的條件下，可獲得

6、較好的反應(yīng)結(jié)果。在該反應(yīng)條件下，糠醛的轉(zhuǎn)化率為92.6％，糠醇的選擇性為85.8％。同時(shí)研究了不同極性的溶劑的影響，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溶劑極性增大，有利于催化劑活性的提高。1％Pt/MWNT催化劑在使用4次后糠醛的轉(zhuǎn)化率僅從最初的92.6％下降到了83.7％，活性仍然保持在較高的水平，沒有出現(xiàn)明顯的失活現(xiàn)象，說明該催化劑具有良好的重復(fù)利用性。
　　3.系統(tǒng)地研究了不同反應(yīng)因素對(duì)Pd/MWNT催化劑催化糠醛加氫反應(yīng)性能的影響，以及不同催化劑

7、上反應(yīng)產(chǎn)物的分布情況。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同貴金屬負(fù)載的催化劑上可導(dǎo)致不同的產(chǎn)物分布情況:在1％Pt/MWNT催化劑上，反應(yīng)產(chǎn)物主要為部分加氫產(chǎn)物糠醇;在1％Pd/MWNT催化劑上，反應(yīng)產(chǎn)物主要為完全加氫產(chǎn)物四氫糠醇。在反應(yīng)條件為25。C，3MPaH2和5h時(shí)，1％Pd/MWNT催化劑上糠醛的轉(zhuǎn)化率為83.5％，四氫糠醇的選擇性為91.8％。通過一系列反應(yīng)條件的考察，我們認(rèn)為在1％Pd/MWNT催化劑上糠醛加氫的反應(yīng)機(jī)理為:大部分四氫糠醇是由糠