γ-氧化铝负载金属氧化物催化剂的制备及苯酚羟基化性能

摘要

苯二酚是重要的化工中间体和有机化学产品，可应用于染料、聚合物和药物等领域。以过氧化氢为氧化剂，在催化剂的作用下，苯酚羟基化合成苯二酚是目前最有前途的工艺路线。为降低催化剂成本，将活性组分散到合适的载体上制备负载型催化剂，可以减少活性组分的用量，进一步地节约催化剂成本。本文以价格低廉的γ-氧化铝为载体，以金属的硝酸盐为前驱体，采用等体积浸渍法制备了单金属和复合金属作为活性组分的负载型催化剂。
　　实验首先制备了单金属负载型催化剂，其中 Fe/γ-Al2O3催化剂性能较好，苯酚转化率37.65％，苯二酚选择性67.65%。实验过程中发现，以Fe/γ-Al2O3为催化剂的苯酚羟基化过程中，存在不可忽视的诱导期。增加 Fe的负载量（金属和载体中铝的摩尔比）、升高反应温度均能缩短诱导期，但是效果并不理想。鉴于以上问题，实验尝试将复合金属负载到载体γ-氧化铝上，Fe-Cu/γ-Al2O3催化剂的羟基化性能较好，并且反应的诱导期急剧缩短。当 Fe-Cu/γ-Al2O3催化剂中 Cu的负载量（金属和载体中铝的摩尔比））超过0.04时，反应诱导期消失，但同时反应速率过快，放热严重。向Fe-Cu/γ-Al2O3催化剂中加入助催化剂Pb，可以明显地改善这一问题，同时又不影响苯酚羟基化性能。因此，实验认为Fe-Cu-Pb/γ-Al2O3为较佳催化剂。
　　通过对催化剂焙烧温度、苯酚羟基化反应时间、反应温度等因素的优化，实验确定了较佳的工艺条件：催化剂焙烧温度600℃，加入量为苯酚质量的5%，反应温度为50℃，反应时间为1小时，H2O2/苯酚摩尔比为0.90，此条件下苯酚转化率为56.48%，DHB选择性为89.01%。
　　最后，对 Fe-Cu-Pb/γ-Al2O3催化剂进行了 BET、XRD、SEM和 TEM表征，催化剂的比表面积为129 m2/g，仍然保持着载体的介孔结构；活性组分以氧化物 Fe2O3、CuO形式均匀地负载在载体上，铁和载体γ-氧化铝之间存在相互作用。在苯酚羟基化反应中铜比铁更容易流失，反应前后催化剂中的活性组分均保持着均匀的分散。

目录

声明

第一章文献综述

1.1引言

1.2苯酚羟基化过程

1.3苯酚/过氧化氢羟基化催化剂

1.4负载型催化剂的载体

1.5课题研究意义与内容

第二章实验部分

2.1引言

2.2催化剂制备实验试剂及仪器

2.3真空等体积浸渍法制备催化剂

2.4苯酚羟基化反应

2.5苯酚羟基化产物分析

2.6载体和催化剂表征

第三章负载型催化剂制备和选取

3.1引言

3.2单活性组分催化剂

3.3 Fe-Cu复合活性组分催化剂

3.4三元复合活性组分催化剂

3.5本章小结

第四章反应工艺条件的优化

4.1催化剂焙烧温度的影响

4.2催化剂添加量的影响

4.3反应时间的影响

4.4反应温度的影响

4.5过氧化氢/苯酚摩尔比的影响

4.6催化剂的重现性

4.7本章小结

第五章催化剂的表征及反应机理

5.1 N2吸附-脱附等温线

5.2 X射线衍射分析

5.4扫描电子显微镜

5.5透射电子显微镜

5.6苯酚羟基化反应机理

5.7本章小结

第六章结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢