CaO催化臭氧選擇氧化肉桂醛制苯甲醛的研究.pdf

1、苯甲醛是世界第二大香料，廣泛應用于食品、醫(yī)藥、化妝品等領域。隨著人們對食品安全意識的提高，苯甲醛日益受到消費者青睞且具有良好的市場價值。本文立足于我國資源豐富的肉桂油（主要成分是肉桂醛），旨在建立一種清潔有效、反應條件溫和的肉桂醛制備苯甲醛的方法，以臭氧為氧化劑來實現(xiàn)苯甲醛的高效制備。并通過實驗、各種測試手段、動力學及原位表征等方法進行反應機理研究，主要研究內容和結果如下:
　　首先，研究了一系列過渡金屬氧化物應用于催化臭氧選擇氧

2、化肉桂醛制苯甲醛反應中，CaO在所研究金屬氧化物中顯示出最高的催化活性和選擇性。這是因為CaO具有較高的堿性強度，能夠使得反應更加有利于苯甲醛的生成。催化劑的評價在鼓泡反應器中進行，考察了催化劑焙燒溫度、焙燒時間以及反應溫度、反應時間、催化劑用量、氧氣流量對CaO催化臭氧選擇氧化肉桂醛制苯甲醛的影響;并用XRD、FT-IR、N2-吸附脫附、TG-DTG等表征技術對催化劑進行了表征。在最佳工藝條件下，肉桂醛的轉化率和苯甲醛的選擇性分別可達

3、97.97％、60.87％?？疾炝瞬煌呋瘎┲貜褪褂眠^程對催化性能的影響，結果發(fā)現(xiàn)，催化劑的失活主要是有機物在催化劑表面的吸附、堵塞作用及催化劑被水合化、碳酸鹽化造成的。通過自由基抑制劑(TBA)實驗表明，該臭氧化過程并不遵循羥基自由基實驗機理，而遵循Criegee臭氧化機理，首先生成初級臭氧化物，進而轉變?yōu)檩^為穩(wěn)定的次級臭氧化物，最終生成苯甲醛。再者，CaO催化劑的加入可使臭氧化反應的活化能從19.17 kJ·mol-1降低到11.9

4、6 kJ·mol-1。
　　其次，選取經900℃焙燒后的CaO為催化劑進行苯甲醛生成的本征動力學研究，發(fā)現(xiàn)在氧氣流速大于750 mL·min-1時不存在外擴散影響，并根據(jù)Mears準則排除了內擴散的影響。在試驗范圍內，冪函數(shù)結果表明該反應對于肉桂醛是0.57級，對臭氧是1.36級，對CaO催化劑是0.19級;而本征動力學結果分析則表明，僅僅肉桂醛吸附的Eley-Rideal機理模型能夠更好的符合本征動力學實驗結果。
　　最后

5、，采用原位漫反射紅外裝置動態(tài)考察了CO2、O3在CaO、ZnO、Al2O3、CuO和Fe2O3等金屬氧化物表面的吸附/解離情況及氣相反應過程。探討了催化劑表面性能對O3吸附的影響及肉桂醛臭氧化、苯甲醛過度氧化的實驗機理。結果表明:臭氧分子在金屬氧化物表面上的吸附會伴隨著臭氧化物、原子氧、超氧化物的生成，強酸/強堿位點會加速臭氧分子的分解。肉桂醛在臭氧的作用下不僅可以被氧化為肉桂酸，而且還被氧化為苯甲醛、苯甲酸和馬來酸酐，最終在室溫下被礦