Ni基催化劑上丙酮加氫制備異丙醇的工藝研究.pdf

1、異丙醇是一種具有重大工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于油墨、涂料、藥品和電子工業(yè)等許多領(lǐng)域。丙酮加氫法是異丙醇制備技術(shù)中能耗極低，流程簡(jiǎn)單以及對(duì)設(shè)備腐蝕很輕的一種方法，工業(yè)發(fā)展前景極大。其核心技術(shù)是要開發(fā)一種催化性能好、經(jīng)濟(jì)性高以及制備簡(jiǎn)單的催化劑。本論文采用等體積浸漬法將具有良好加氫活性且價(jià)格較為低廉的 Ni負(fù)載于ZSM-5載體上，制得加氫性能較為優(yōu)越的Ni/ZSM-5催化劑，并添加Cu、Zn、Fe、Co、Mg、Mn、Ca、K作為活性

2、助劑對(duì)其改性，探究了不同的制備條件以及不同反應(yīng)工藝條件對(duì)Ni基催化劑丙酮加氫制備異丙醇反應(yīng)性能的影響，使用X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜分析(XPS)、掃描電鏡(SEM)、N2吸附/脫附以及NH3-TPD等表征手段探討了部分條件的變化給催化劑的微觀結(jié)構(gòu)、酸性、孔隙組成以及負(fù)載元素存在形式等帶來(lái)的影響。
　　首先，本文采取等體積浸漬法制得一系列Ni/ZSM-5催化劑，探究了不同的催化劑制備條件以及反應(yīng)條件對(duì)催化劑丙酮加氫性能

3、的影響。結(jié)果表明，催化劑制備最佳浸漬溫度為40℃，最佳浸漬時(shí)間是3 h，活性組分Ni的最佳負(fù)載量為12 wt.％。最佳的反應(yīng)工藝條件為：催化劑氫氣還原溫度450℃，還原時(shí)間4 h，反應(yīng)溫度130℃，反應(yīng)壓力3.5 MPa，氫酮進(jìn)料摩爾比5:1，且催化劑穩(wěn)定性較好。
　　然后加入不同的活性助劑，采取等體積浸漬法制得一系列Ni-M/ZSM-5(M= Zn、Fe、Cu、Mg、Co、Mn、Ca、K)催化劑，考察了不同活性助劑對(duì)催化性能的影

4、響。結(jié)果表明，添加Ca活性助劑，催化劑展現(xiàn)出最佳的加氫性能。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化Ca的負(fù)載量并考察添加Ca助劑后催化劑的結(jié)構(gòu)、酸性、表面元素存在形式以及孔隙結(jié)構(gòu)等的變化得到的結(jié)果表明，Ca助劑的最優(yōu)負(fù)載量為9 wt.%。與Ni/ZSM-5催化劑相比：XRD表明，助劑Ca的加入提高了Ni在ZSM-5載體表層的分散度并且大大縮小了Ni微粒的尺寸；XPS表明，Ni的存在方式為NiO，Ca的存在方式為CaO，助劑Ca的引入使得催化劑中鎳的電子云密度增

5、加，鎳與氫原子之間的作用力減小，氫氣在催化劑上的脫附變得更為容易，有利于加氫反應(yīng)的進(jìn)行，抑制了Ni與載體之間的相互作用，即NiAl2O4物種的生成，對(duì)Ni2+的還原十分有利；N2吸附/脫附表明，引入Ca助劑以后，催化劑的孔徑減小，較小的孔徑有利于主反應(yīng)的發(fā)生；NH3-TPD表明，Ca的添加減小了催化劑的酸性，進(jìn)而修飾了ZSM-5載體的孔道結(jié)構(gòu)，提高了活性組分Ni在載體上的分散度，調(diào)節(jié)了Ni/ZSM-5催化劑存在的化學(xué)環(huán)境，增強(qiáng)了催化劑的

6、還原性及加氫活性。
　　最后在不同的焙燒溫度下，采取等體積浸漬法制得一系列Ni-Ca/ZSM-5催化劑，探究了焙燒溫度對(duì)Ni-Ca/ZSM-5催化劑丙酮加氫性能以及形貌、分散度、孔隙結(jié)構(gòu)等的影響。結(jié)果表明，最佳的催化劑焙燒溫度為450℃。SEM表明，450℃焙燒的催化劑表面較為粗糙雜亂，顆粒分布更為分散，晶粒的不規(guī)則度較大，活性組分分布均勻，催化性能高；700℃焙燒條件下制得的催化劑顆粒表面光滑，結(jié)構(gòu)規(guī)整，顆粒排布較為密集，不利于