超聲波輔助制備非晶態(tài)合金及其催化麥芽糖加氫反應(yīng)的研究.pdf

1、麥芽糖醇作為一種新型的功能性甜味劑，具有甜味柔和、口感好、熱值低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有良好的保濕性、耐酸性、非發(fā)酵性和熱穩(wěn)定性，非常適合糖尿病人和肥胖者食用。目前我國麥芽糖醇主要依賴進(jìn)口。國外生產(chǎn)麥芽糖醇主要采用麥芽糖加氫，常用Rmey Ni催化劑。Raney Ni催化劑制備需要進(jìn)行堿抽鋁，嚴(yán)重污染環(huán)境；Raney Ni催化劑使用過程中易粉碎，不僅容易堵塞反應(yīng)器，而且Ni金屬混雜在產(chǎn)品中對(duì)人體健康構(gòu)成危害；并且，使用Raney Ni催化劑，反

2、應(yīng)需在較高溫度和壓力下進(jìn)行，易產(chǎn)生副產(chǎn)物甚至炭化。非晶態(tài)合金催化劑克服了上述缺點(diǎn)，由于其長程無序而短程有序的獨(dú)特非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其優(yōu)良的催化活性、選擇性，特別是在制備過程中的環(huán)境污染少，催化效率高的特點(diǎn)，越來越來引起人們的重視。 目前制備非晶態(tài)合金催化劑一般采用化學(xué)還原法，其缺點(diǎn)是催化劑顆粒容易團(tuán)聚，不利于提高催化劑的活性和選擇性。聲化學(xué)是近十幾年新興的交叉學(xué)科、在有機(jī)合成、聚合物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和催化材料制備等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。近年

3、來蓬勃發(fā)展的超聲波技術(shù)就是其中極為活躍的領(lǐng)域。在此基礎(chǔ)上發(fā)展有效方便的反應(yīng)路線可進(jìn)一步提高非晶態(tài)催化劑的催化效能。 本論文用超聲波作用于催化劑的制備，利用化學(xué)還原法制備了超細(xì)Ru-B、 Ru-P以及負(fù)載型Ru-B/SBA15等非晶態(tài)合金催化劑，選擇合適的超聲頻率和功率，制備了一系列催化劑，考察了它們?cè)邴溠刻羌託浞磻?yīng)中的催化性能；同時(shí)也嘗試制備了特殊形貌的超細(xì)Ru-B合金催化劑。并且通過催化劑的一系列表征，進(jìn)一步研究了超聲波對(duì)非晶

4、態(tài)合金催化劑的表面結(jié)構(gòu)、表面電子態(tài)和催化性能的影響。 一、催化劑制備 (1)超聲輔助制備超細(xì)Ru-B非晶態(tài)合金催化劑：利用超聲處理將KBH<,4>加入到RuCl<,3>溶液中，控制滴加時(shí)間，產(chǎn)生的黑色絮狀Ru-B顆粒。 (2)超聲輔助絡(luò)合法制備超細(xì)Ru-B非晶態(tài)合金催化劑：利用NH<,3>-H<,2>O等作為絡(luò)合劑和RuCl<,3>形成配合物，在超聲輔助下，以KBH<,4>還原，得到黑色超細(xì)Ru-B顆粒。

5、 (3)負(fù)載型Ru-B非晶態(tài)合金催化劑：利用RuCl<,3>浸漬SBA-15等載體，再用超聲處理，以KBH<,4>還原，得到負(fù)載型Ru-B非晶態(tài)合金催化劑。 (4)超聲輔助制備超細(xì)Ru-P非晶態(tài)合金催化劑：在CH<,3>COONa和NaH<,2>PO<,2>混合溶液里加入RuCl<,3>溶液，再加入NaOH調(diào)節(jié)PH值，在超聲或者加熱的條件下發(fā)生反應(yīng)形成Ru-P非晶態(tài)合金催化劑。 (5)特殊形貌Rn-B晶態(tài)合金催化劑的制備

6、：利用NH<,3>.H<,2>O等作為絡(luò)合劑和RuCl<,3>形成配合物，再加入SDBS，利用KBH4還原，得到Ru-B晶態(tài)催化劑。 二、催化性能評(píng)價(jià)在高壓釜中加入一定量所制備的非晶態(tài)合金催化劑和麥芽糖水溶液，在一定壓力以及適當(dāng)溫度下進(jìn)行催化加氫，觀察釜內(nèi)壓力變化測(cè)定催化反應(yīng)速率、采用液相色譜測(cè)定麥芽糖的轉(zhuǎn)化率以及對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物麥芽糖醇的選擇性。結(jié)果表明，所有以上制備的非晶態(tài)合金催化劑對(duì)麥芽糖醇的選擇性～100％，遠(yuǎn)高于Raney

7、Ni對(duì)麥芽糖醇的～75％的選擇性，為工業(yè)上制備高純度的麥芽糖醇提供一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 三、催化性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系的研究根據(jù)催化劑的系統(tǒng)表征，對(duì)下列問題進(jìn)行了研究： (1)通過XRD、SAED研究表明超聲不該變催化劑的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。 (2)通過XPS研究表明超聲對(duì)合金中電子的相互轉(zhuǎn)移改變并不是那么的明顯。 (3)通過TEM研究顯示一定的超聲使得催化劑的粒子變小分散度增加，但過度的超聲反而降低了這種效果，這和氫吸附