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甲乙酮是一种重要的有机溶剂和化工原料中间体。由于石油资源短缺和生态环境问题,利用可再生的生物质原料发酵生产2,3-丁二醇,再脱水生成甲乙酮的新工艺引起了人们的广泛关注。与传统的石化路线相比,2,3-丁二醇脱水制甲乙酮不依赖石油,且环境友好、高效低温、产物回收分离简单。本论文以 Zn(N03)2 6H2O、Mn(N03)2、Co(N03)2 6H20 等溶液按一定固液比(1:10g/mL)在高压反应釜条件下对HZSM-5进行水热改性,制备出了具有高催化活性、高比表面积、酸性适度的Zn-Mn-Co/ZSM-5复合改性催化剂,并用于2,3-丁二醇脱水制甲乙酮的催化脱水反应,研究了制备条件对催化剂性能和结构的影响;采用XRD、BET、SEM、XPS、XRF、FT-IR等表征方法对催化剂的晶型、孔结构、元素组成、微观形貌结构、超强酸酸中心结构进行考察;并研究了 Zn-Mn-Co/ZSM-5催化作用下的2,3-丁二醇脱水制甲乙酮反应的影响因素,采用响应面分析法对工艺条件进行了优化。研究结果表明:Zn-Mn-Co/ZSM-5在250℃下具备较高的催化反应活性,金属的最佳负载量为8%Zn,6%Mn,8%Co,且金属离子之间存在协同作用;不同的水热改性温度和时间,会影响催化剂的比表面积、孔道结构和酸中心的分布,本实验的最佳水热改性温度为180℃,水热改性时间为4h;焙烧过程中的最佳温度为600℃,焙烧温度过低,酸中心结构不易形成,而过高的焙烧温度会破坏酸结构中心和分子筛骨架,进而导致Zn-Mn-Co/ZSM-5催化剂的活性下降,焙烧时间对催化剂的催化性能影响不大,但适当的延长焙烧时间,可以减少催化剂上的积炭,从而提高催化剂的稳定性。催化剂表征结果显示,催化剂的制备过程会破坏分子筛晶粒的规整性;水热离子改性法制备的催化剂引入的Zn、Mn、Co等物种可高度分散在ZSM-5分子筛表面或孔道内,且不改变分子筛的基本骨架结构,但会使结晶度、孔体积和比表面积下降;傅里叶红外光谱和XPS表征结果证明分子筛在改性前后都保留了 ZSM-5分子筛的基本的骨架特征吸收峰,这表明水热离子改性前后其官能团结构没有发生变化,而金属离子以+2价的金属氧化物形式存在于催化剂中;催化剂反应后的积碳可以通过焙烧进行再生。本实验制得的催化剂可适用于不同浓度的2,3-丁二醇,在连续反应48h后仍然能保持较高的转化率和选择性。用响应面法得到的最佳工艺条件:2,3-丁二醇浓度为17.14%,反应温度为254.30℃,质量空速为2.27h-1,甲乙酮收率达到69.67%。各因素的主效应关系为:反应温度=质量空速>2,3-丁二醇浓度,并且两两之间存在交互作用关系。