高活性负载金属镍催化剂上醇的催化胺化研究

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胺及其衍生物是重要的化工原料,广泛应用于农药、医药、洗涤剂、染料等领域,工业上主要采用还原法和氨解法合成,以醇为原料的氨解法具有选择性高、安全和污染小等特点,成为当前胺合成工业的研究热点。用于醇氨解的催化剂主要有脱水催化剂与脱氢/加氢催化剂两大类,后者反应条件温和、收率高,其中金属Ni的催化活性高,且价格低廉。本工作以高活性和高水热稳定的60%Ni/LaAlSiO催化剂为基础,研究了正丙醇在相关催化剂上的胺化反应,合成正丙胺。此外,还研究了在60%Ni/LaAlSiO催化剂中添加少量金属Cu对异丙醇胺化制备异丙胺的催化反应的影响。通过吸附量热和红外光谱等技术研究了相关反应物和产物在催化剂表面的吸附强度和吸附态,并与催化反应性能关联,较好地理解了相关反应的微观机理。主要结果总结如下:1、催化剂Ni/LaAlSiO拥有很高的活性中心密度和较强的表面碱性,因而具有较高的正丙醇脱氢活性,有利于提高正丙醇的胺化活性。而Ni/LaO虽然拥有很强的表面碱性,但其表面活性中心密度很低,因而正丙醇胺化反应的活性较低;Ni/AlSiO虽然拥有较高的表面活性中心密度,但其表面碱性较低,因而正丙醇胺化反应的活性不够高。实验表明,随着表面碱性的增强,正丙醇、H2、NH3和正丙胺的吸附热都减小。而正丙胺吸附热的减小可促进其脱附,从而有利于提高其选择性,事实上,红外光谱结果表明,表面碱性可抑制正丙胺在金属Ni上的解离吸附。但如果催化剂上的表面活性中心密度过低(如Ni/LaO),则可能导致正丙亚胺(正丙醛与NH3的缩合物)加氢不完全,降低了正丙胺的选择性。而在表面酸性较强的催化剂上(如Ni/AlSiO),解离吸附的正丙胺可能更易于与丙醇脱氢生成的丙醛缩合,生成二正丙胺和三正丙胺,导致正丙胺的选择性下降。2、在Ni/LaAlSiO催化剂中加入少量金属Cu(2-5%)有利于催化剂中Ni的还原,但会导致金属Ni颗粒的增大,活性表面积下降,从而降低了催化剂的活性。此外,金属Cu的存在提高了异丙醇和异丙胺在催化剂上的吸附热,而降低了H2的吸附热。显然,异丙胺吸附热的增加意味着其脱附速率的降低,有利于二异丙胺的生成。同时,H2吸附热的降低可能意味着催化剂加氢活性的降低,从而提高了异丙亚胺的选择性、导致异丙胺选择性的降低。
本论文的创新之处第5-6页
中文摘要第6-8页
英文摘要第8-9页
第1章 绪论第10-37页
    1.1 醇催化胺化概述第10-11页
    1.2 醇催化胺化反应与其他胺化方法第11-16页
        1.2.1 醇催化胺化第11-13页
        1.2.2 其他胺化方法第13-16页
    1.3 醇催化胺化催化剂第16-28页
        1.3.1 催化剂制备方法第16-19页
        1.3.2 催化剂的组成第19-26页
        1.3.3 催化剂的失活第26-28页
    1.4 醇催化胺化工艺第28-30页
    1.5 本论文的研究思路与内容第30-31页
    参考文献第31-37页
第2章 担载金属镍催化剂的表面酸碱性对正丙醇胺化制备正丙胺的研究第37-60页
    2.1 引言第37-38页
    2.2 实验部分第38-41页
        2.2.1 实验试剂第38页
        2.2.2 催化剂制备第38-39页
        2.2.3 催化剂的表征第39-40页
        2.2.4 催化剂催化活性反应第40-41页
    2.3 结果与讨论第41-56页
        2.3.1 催化剂物理性质检测第41-43页
        2.3.2 正丙醇催化胺化反应第43-50页
        2.3.3 正丙醇、正丙胺的吸附量热结果第50-53页
        2.3.4 正丙醇、正丙胺的吸附红外光谱第53-56页
    2.4 小结第56-57页
    参考文献第57-60页
第3章 担载金属镍-铜催化剂对异丙醇胺化制备异丙胺的研究第60-82页
    3.1 引言第60-61页
    3.2 实验部分第61-64页
        3.2.1 试剂第61页
        3.2.2 催化剂的制备第61-62页
        3.2.3 催化剂的表征第62-63页
        3.2.4 催化剂催化活性评价第63-64页
    3.3 结果与讨论第64-78页
        3.3.1 催化剂的H_2-O_2滴定结果第64-66页
        3.3.2 催化剂的比表面、孔容、孔径测试结果第66-68页
        3.3.3 催化剂的XRD测试结果第68-69页
        3.3.4 异丙醇催化胺化反应结果第69-75页
        3.3.5 H_2、CO、异丙醇、异丙胺在催化剂上的吸附量热结果第75-78页
    3.4 小结第78-79页
    参考文献第79-82页
第4章 总结与展望第82-83页
论文及专利第83-84页
致谢第84-85页
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