SO_4～（2-）/M_xO_y型固体酸在玉米秸秆液化反应中的催化作用研究

【摘要】： 本文用沉淀浸渍法制备了纳米SO_4~(2-)／Fe_2O_3固体酸催化剂，通过TEM，IR和NH_3-TPD等手段对所制得的固体酸催化剂的结构和酸性进行了表征。结果表明：本实验制得的SO_4~(2-)／Fe_2_3固体酸属于纳米级催化剂，粒径约为20-40nm，粒度均匀并且具有较好的分散性，固体酸存在四个强度的酸中心。 通过较低温度范围(180-260℃)内对玉米秸秆液化反应的催化作用，液化反应在250ml间歇高压反应釜中进行。实验考察了不同焙烧温度、时间对固体酸催化活性的影响，同时考察了液化反应的温度、反应时间及固体酸催化剂的用量对液化结果的影响，用红外光谱对液化产物进行了初步分析。结果表明，在550℃下焙烧3h所制得的SO_4~(2-)／Fe_2O_3固体酸对玉米秸秆的液化反应具有较好的催化效果，在反应温度260℃，氢气初始压力1.0MPa，反应1h，玉米秸秆的转化率可达88％以上。 分别用NiSO_4、FeSO_4、ZnSO_4和Al_2(SO_4)_3等金属盐溶液代替稀H_2SO_4浸渍前驱体，得到一系列金属离子改性的固体酸催化剂。通过催化玉米秸秆的液化反应考察了掺杂不同离子对固体酸活性的影响。结果表明，掺入Ni~(2+)、Zn~(2+)离子的固体酸比未改性的SO_4~(2-)／Fe_2O_3固体酸催化活性更好。在240℃液化温度下，Ni~(2+)／SO_4~(2-)／Fe_2O_3催化的液化反应转化率达到86.4％以上。 【关键词】：SO_4~(2-)/Fe_2O_3固体酸 秸秆液化 纳米催化剂
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：O643.32
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-36
• 1.1 生物质能源简介14-18
• 1.1.1 生物质的组成和反应特性15-18
• 1.1.1.1 纤维素15-16
• 1.1.1.2 半纤维素16-17
• 1.1.1.3 木质素17-18
• 1.2 生物质能的利用技术18-20
• 1.2.1 气化19
• 1.2.2 热解19-20
• 1.2.3 液化20
• 1.3 生物质直接液化技术的研究进展20-23
• 1.4 我国农作物秸秆利用状况23-25
• 1.5 固体酸催化剂的研究概况25-34
• 1.5.1 固体酸催化剂的分类25-26
• 1.5.2 固体酸催化剂的制备26-29
• 1.5.2.1 沉淀法27
• 1.5.2.2 浸渍法27
• 1.5.2.3 热分解法27-28
• 1.5.2.4 熔融法28
• 1.5.2.5 水热合成法28-29
• 1.5.3 固体超强酸的改性29-31
• 1.5.3.1 促进剂的改性29
• 1.5.3.2 载体的改性29-31
• 1.5.4 固体酸催化剂的表面酸性31-33
• 1.5.5 固体超强酸的酸中心模型33-34
• 1.5.6 固体超强酸的应用34
• 1.6 本文的研究内容及意义34-36
• 1.6.1 主要研究内容34-35
• 1.6.2 本研究工作的意义35-36
• 第二章 SO_4~(2-)/Fe_2O_3固体酸催化剂的制备及表征36-48
• 2.1 实验试剂及仪器设备36-37
• 2.1.1 实验试剂36
• 2.1.2 实验仪器36-37
• 2.2 实验部分37-40
• 2.2.1 SO_4~(2-)/Fe_2O_3固体酸的制备37
• 2.2.2 催化剂的制备条件考察37-39
• 2.2.2.1 实验装置37-39
• 2.2.2.2 液化反应及产物处理39
• 2.2.3 催化剂的表征39-40
• 2.2.3.1 催化剂的TEM表征39-40
• 2.2.3.2 催化剂的XRD表征40
• 2.2.3.3 催化剂的IR表征40
• 2.2.3.4 催化剂的NH_3-TPD表征40
• 2.3 结果与讨论40-46
• 2.3.1 催化剂的制备条件考察40-43
• 2.3.1.1 催化剂的焙烧温度选择40-41
• 2.3.1.2 焙烧时间的选择41-42
• 2.3.1.3 浸渍酸浓度的选择42-43
• 2.3.2 催化剂的表征43-46
• 2.3.2.1 催化剂的TEM分析43
• 2.3.2.2 催化剂的XRD分析43-45
• 2.3.2.3 催化剂的Py-IR分析45-46
• 2.3.2.4 催化剂的NH_3-TPD分析46
• 2.4 本章小结46-48
• 第三章 玉米秸秆的液化条件考察48-54
• 3.1 实验试剂及仪器设备48
• 3.1.1 原料及试剂48
• 3.1.2 实验仪器48
• 3.2 实验部分48-49
• 3.3 结果与讨论49-52
• 3.3.1 反应温度对转化率的影响49-50
• 3.3.2 氢气初始压力对秸秆转化率的影响50
• 3.3.3 液化时间对转化率的影响50-51
• 3.3.4 催化剂用量对秸秆转化率的影响51-52
• 3.4 液化产物的初步分析52-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 SO_4~(2-)/Fe_2O_3固体酸改性的初步研究54-60
• 4.1 试验试剂及仪器54-55
• 4.1.1 实验试剂54
• 4.1.2 实验仪器54-55
• 4.2 实验部分55-56
• 4.2.1 金属离子改性的固体酸制备55
• 4.2.2 SO_4~(2-)/ZrO_2的制备55
• 4.2.3 SO_4~(2-)/Fe_2O_3-ZrO_2的制备55
• 4.2.4 改性催化剂的活性考察55-56
• 4.3 结果与讨论56-59
• 4.3.1 不同离子对催化剂活性的影响56-57
• 4.3.2 Ni~(2+)/SO_4~(2-)和Zn~(2+)/SO_4~(2-)/Fe_2O_3的TEM分析57-58
• 4.3.3 不同Zr/Fe比对催化剂活性的影响58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 主要结论60-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-68
• 研究成果及发表的学术论文68-69
• 作者及导师简介69-70
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书70-71

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