基于反应分离一体化设计的ZSM-5/不锈钢网催化剂制备及其乙酸乙醇酯化反应性能研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuhanping820
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
乙酸乙酯是一种工业中常用的有机溶剂,目前主要使用浓H2SO4均相催化剂通过催化酯化反应进行生产。由于浓H2SO4与反应体系混溶性较好,因此产物的分离和反应后体系中酸中和等过程需要消耗大量的能量,同时伴随设备的腐蚀问题。因此,非均相催化剂如离子交换树脂或分子筛逐渐受到关注。ZSM-5分子筛由于它的酸性质和独特的孔结构与孔径,对酯化反应显示出较好的催化性能。此外,油水分离作为一种可以有效分离具有较大极性差异的混合液体的方法,可以用来强化酯化反应,即通过将催化与分离过程耦合,分离产物的同时,通过拉动反应平衡,对该可逆反应产生促进作用。本论文致力于探索具有催化和分离双功能的ZSM-5/不锈钢网材料的制备并对其催化乙酸乙醇酯化反应性能进行研究。首先通过静电纺丝的方法,将聚合物与ZSM-5分子筛进行复合,制备一系列疏水性油水分离网。通过SEM等对其进行微观形貌进行表征,并利用其对乙酸乙酯和水混合物的分离能力表征油水分离性能。之后,为提高油水分离网的稳定性,通过浸渍晶种、二次生长的方法制备了ZSM-5/不锈钢网。对制备的催化剂进行了XRD、NH3-TPD、SEM、BET等表征,并利用其对乙酸乙酯和水混合物的分离能力表征油水分离性能,同时考察了二次生长晶化温度、Si/Al比、酯化反应温度、不锈钢网层数以及与纺丝薄膜复合等条件对其催化乙酸乙醇酯化反应性能的影响。研究结果表明,制备的复合纺丝纤维呈大面积线状,且表面均匀负载ZSM-5分子筛小晶粒。同时对纺丝薄膜的油水分离性能进行测试,结果显示,其具有良好的疏水性,可以长时间将水阻拦在薄膜的上方,同时乙酸乙酯则会完全通过薄膜,成功实现油水分离。但是薄膜中的聚合物会被乙酸乙酯溶解,造成薄膜的破坏。通过提高聚合物分子量、增加纺丝薄膜厚度等方法可以有效提高聚合物的抗溶解能力,减少乙酸乙酯对其的破坏程度。ZSM-5/不锈钢网催化剂XRD结果表明,ZSM-5分子筛完全包覆在不锈钢网上,同时保持了其原有晶体结构,且随着晶化温度的提高,可有效提高ZSM-5分子筛对不锈钢网的包覆程度,从而促进反应中乙酸乙酯的有效分离,拉动反应平衡。不同Si/Al比的ZSM-5/不锈钢网催化乙酸乙醇酯化反应结果结合NH3-TPD等表征结果表明,Si/Al比较低的催化剂具有较高的酸性,对酯化反应催化效率较高,但同时其亲水性较强,不利于反应物与催化剂活性位点的接触。因此适当的Si/Al比(Si/Al=50)可以有效地对催化剂酸性质以及亲水性进行协调匹配,从而促进酯化反应的进行。同时,在所制备的催化剂体系上的反应受反应温度影响,结果表明,随着温度由室温逐渐提高,催化剂对酯化反应的活性随之提高,但过高的反应温度会引起反应体系中反应物及产物的过度挥发,因此选择适当的反应温度(65℃)进行乙酸乙醇酯化反应的研究。在优化后的反应条件下,进一步对催化剂网层数进行调变,结果显示反应网从1层增加到6层后,乙酸转化率(78.1%)接近同条件下的平衡转化率(80.2%)。综合上述实验结果,ZSM-5/不锈钢网组成的油水分离网通过乙酸乙醇酯化反应过程中,分离产物中的乙酸乙酯,拉动反应平衡,对反应起到一定的促进作用,为制备催化和分离一体化催化剂提供了新思路。
其他文献
水平井技术和大型水力压裂措施的发展使得非常规致密油藏得以成功开发。研究致密油藏体积压裂水平井近井渗流规律,建立体积压裂水平井分区产能预测模型,对加快致密油藏的有效
覆盖在客机蒙皮上的多孔材质保温层在飞机高空巡航期间容易凝结水分,聚集的水分不仅增加机体重量,降低其保温隔音性能,还可能腐蚀机体,增加掩埋在蒙皮内缆线及电子元件的故障
山区高速公路长大纵坡以其特殊的纵坡条件,使得车辆在长大纵坡路面行驶车速较慢且制动频繁。又加之国内交通超载和重载的特点,所以在持续的高温下路面出现了不同程度的车辙、
THAI(Toe-to-Heel-Air-Injection)火驱是一种结合了水平井技术的新型火烧油层技术,因其具有接替开发注蒸汽热采后的稠油油藏的潜力而受到广泛关注,其驱替机理、参数控制及火
现代工业生产过程日趋复杂化、规模化,不可避免的会出现大量故障,进而威胁系统的性能甚至安全性,因此生产系统的稳定安全运行成为社会普遍关注的焦点问题。故障诊断能够有效
目前对原油氧化反应微观机理认识不够全面,影响了现场注空气项目的实施。因此研究原油氧化过程中的放热特性,对于改善注空气开发效果具有重要指导意义。论文利用热重/同步热
火作为一种普遍现象在自然中广泛存在,是大兴安岭森林中常见的一种干扰的因子。林火的频繁发生通常对于森林演替、植被更新以及森林的生态系统动态平衡发挥极重要的作用。其
在混凝土表面涂刷有机成膜型涂层是提高混凝土抗氯盐侵蚀的有效方法,但是在长期的自然环境条件下,有机成膜涂层易受紫外线照射和水分的侵蚀而出现紫外老化和水解的现象,严重
液体管道瞬变流动常见于石油输送过程,其基本方程是拟线性双曲型偏微分方程组,拟线性和双曲型的特性通常会形成解的间断。若要准确模拟这种阶跃变化,一般的固定均分网格在管
随着我国能源、水利、国防、隧道等地下与海底工程不断向深部发展,而随着深度的增加,混凝土结构面临的侵蚀环境却愈加恶劣。这些环境往往具有高水压的特点,使得深部混凝土结