论文部分内容阅读
微通道反应器具有传质传热快、过程安全可控、无放大效应等优点,被应用于化学、分子生物学、分子医学等领域,但是微反应器中固体催化剂易流失、堵管这一问题限制了其进一步应用,因此开发新型催化剂壁载技术对微反应器技术的应用及微反应器的研发显得尤为重要。基于多孔氧化铝膜(简称AAO膜)具有纳米级孔道、孔径均匀、孔密度大、热稳定性好等特性,可以作为催化剂载体。本课题研制了介孔三氧化二铝载铜基丝状催化剂,制备的催化剂对于催化甲醇气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯反应有一定的催化活性,从而为解决微反应器催化剂堵管及催化剂设计提供了一种新的思路。具体研究内容及结果如下:1.以Al Cl3-BMIC体系为电镀液,确定电镀参数为20 m A.cm-2、40℃、60 min时,可以在不锈钢丝上制备一层平整致密的铝镀层,铝纯度高达95%以上,厚度可达20 um,可以用作下一步阳极氧化的铝基体。2.以电镀参数20 m A.cm-2、40℃、60 min不锈钢丝上制备的铝镀层为阳极制备AAO膜,确定氧化参数为20 m A.cm-2、10℃、20 min时,可以在铝镀层上制备孔径300-400 nm且孔道较浅的AAO膜,但不能作为下一步催化反应的载体。未形成理想AAO膜的原因可能是电沉积制备的铝镀层内部晶形结构与工业形成的铝基体有较大差别,影响阳极氧化的正常成孔过程。3.以铝丝为阳极制备AAO/铝丝催化剂载体,确定在氧化参数20m A.cm-2、15℃、3h可以制备孔径为30-40 nm,孔间距为40 nm,孔密度为4.8×1010/cm2,比表面积为30 m2/g的AAO膜,制备的AAO在600℃热处理3h后,部分无定型氧化铝转变为具有催化活性的γ-氧化铝,可以作为下一步催化反应的催化剂载体。4.研究了热处理温度对丝状催化剂催化性能的影响,研究发现在500℃制备的催化剂上活性组分全部为Cu0且催化活性最高,甲醇转化率CMe OH可达3.04%,每g铜上DMC时空收率STY可达888.82mg/(g.h)。5.研究了铜负载量对丝状催化剂催化性能的影响,研究发现DMC的选择性SDMC随着Cu负载量的增加有所降低,甲醇转化率CMe OH、DMC时空收率STY随着Cu负载量的增加而升高,当铜的负载量超过12.21%以后,催化剂上Cu0活性位趋于饱和,催化活性增加变缓慢。6.研究了Cu0/AAO(w(Cu)=12.21%)催化剂的稳定性,研究发现DMC的选择性SDMC在整个反应过程中保持70%基本不变,甲醇转化率CMe OH在23h之后保持1.83%基本不变,DMC的时空收率STY在20h后保持11.38 mg/(g.h)基本不变。通过催化剂反应前后的XRD图谱分析,我们认为Cu0晶相发生团聚和Cu0晶相转变为Cu2O晶相是导致催化剂活性降低的直接原因。