论文部分内容阅读
3-丁烯-1-醇(3B1ol)是一种附加值极高的精细化学品,在许多领域具有重要的实用价值,尤其在医药领域,3B1ol作为一种重要的药物中间体,用于合成杂环衍生物类新药物。1,4-丁二醇(BDO)选择性脱水合成3B1ol是近年来的一条新的多相催化路线。 CeO2作为一种萤石型结构稀土氧化物催化剂应用于BDO选择性脱水合成3B1ol的反应已有文献报道,所采用的CeO2催化剂均为商品化。本文从制备化学的角度出发,研究了制备方法、制备条件对CeO2形貌、结构及表面性质的影响,在此基础上进一步研究了Ca掺杂CeO2催化剂的性质,通过BET、XRD、TEM、TPR、TPD等表征手段对催化剂结构、织构和表面性质进行系统研究,并与其在BDO选择性脱水合成3B1ol反应中的性能相关联。首先考察了三种不同制备方法(沉淀法、溶胶凝胶法和水热法)对CeO2催化剂BDO选择性脱水合成3B1ol催化性能的影响,然后着重研究了沉淀法的不同制备条件对CeO2形貌以及性能的影响,并通过对比掺杂Ca前后催化剂结构、表面性质的变化对Ca-CeO2催化剂具有较高活性的原因进行推测。得到以下主要结果和结论: 1.从热力学角度,用Benson基团贡献法估算了BDO选择性脱水合成3B1ol的可行性。热力学计算表明,提高反应温度有利于BDO脱水合成3B1ol,不利于脱水生成THF。 2.通过比较沉淀法、溶胶凝胶法和水热法三种制备方法对CeO2催化剂BDO选择性脱水合成3B1ol催化性能的影响,发现沉淀法制备的CeO2催化剂有较高的催化活性;并进一步考察了不同沉淀剂、不同焙烧温度对脱水催化性能的影响,结合一系列表征手段对Na2CO3沉淀剂、焙烧温度为500℃制备的CeO2催化剂表现出较高的催化活性作了解释。具体为: (1)采用不同沉淀剂制备的CeO2具有不同形貌特征,以Na2CO3为沉淀剂制备的CeO2边缘清晰,呈长方体形貌,优先暴露出(111)面,对BDO选择性脱水合成3B1ol的催化活性最高,BDO转化率达到94.5%,3B1ol的收率为59.7%; (2)随着焙烧温度的升高,催化剂出现烧结现象,表面氧物种的还原峰逐渐消失,因而反应活性降低。 3.通过考察不同金属氧化物及复合氧化物对BDO脱水合成3B1ol催化反应性能,结合XRD、TEM、TPR、CO2-TPD、TG等表征方法,系统的研究了Ca-CeO2催化剂与纯CeO2催化剂的催化性能与物理性质的差异,结合实验结果及表征结果,发现Ca-CeO2催化剂形成立方萤石型结构的铈钙固溶体;抗烧结能力强;提高了前驱体的分解温度;碱性增强,这种碱性特征在BDO脱水合成3B1ol中起着主要的作用。