文档介绍：Cu-Zn-Zr-Al-O催化剂催化
乙酸乙酯的合成
Cu-Zn-Zr-Al-O催化剂催化乙酸乙酯的合成
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乙酸乙酯作为重要的精细化工原料,广泛应用于油漆、涂料、人造革、硝酸纤维素、粘合剂、医药等领域。近年来乙酸乙酯在国内外的应用增长较快,随着国内涂料、粘合剂产品环保要求的进一步提高,早期的甲苯等芳香族化合物已经逐渐被酯类化合物尤其是乙酸乙酯所取代,乙酸乙酯作为无毒溶剂,其应用得到广泛的重视,因此将会进一步推动乙酸乙酯的市场增长。
乙酸乙酯的主要生产工艺可以分为三类:
,该方法以硫酸或对甲基苯磺酸为催化剂:
,在德国和日本绝大多数乙酸乙酯都是利用该反应来制备的:
,使乙酸和乙烯加成从而制备乙酸乙酯:
以上三种工艺都有或多或少的缺点,如传统的酯化法和乙烯乙酸加成法都必须使用储料罐等类似设备来供料,而且乙酸原料会造成设备腐蚀。尽管羰基加成只使用一种原料,但是乙醛并非石油化工直接产品而且具有毒性,给生产操作带来很大的困难。在这种条件下。急需一种改进的乙酸乙酯生产工艺。
乙醇脱氢二聚法由于其工艺过程简单、无腐蚀性、毒性小和只使用乙醇一种原料,已经成为一种非常吸引人的工艺。因此,我们可以为该过程设计一个简单的反应器,并且粮食
、秸秆等发酵产生的乙醇就可以作为原料加以利用,实现了原料的可再生性。关于乙醇脱氢二聚主要分为两类,包括氧化脱氢和脱氢过程:
前者由于反应器中存在乙醇和氧气的混合型气体,存在爆炸的危险。相比较而言,后者作为化工生产过程就有许多优点,包括不使用具有爆炸性的混合物,副产物氢气可以被其他加氢过程所利用[1]。
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早在1953年就报道了利用多相催化剂Ranny铜催化乙醇脱氢形成乙酸乙酯。此后,许多研究者相继发表了各种含铜催化剂催化该反应的文章,从纯铜到Cu-Al-Zn-O及Cu-Zr-O催化剂都具有催化能力。1999年Kvaerner公司推出了一种新型Cu-Cr-O催化剂,尽管其为首创,但其时空产率却不高,496K、 %,%。
K. Inui等[2]采用传统的共沉淀法制备了组分含量不同的Cu-Zn-Al-Zr-O催化剂,研究了向Cu催化剂中添加ZrO2、ZnO、Al2O3的作用。研究还发现通过用碱溶液处理还原后的催化剂,可以提高乙醇脱氢二聚合成乙酸乙酯的选择性[3]。
杨树武等人[4]提出,在Cu/ZnO/Al2O3/ZrO2催化剂上,乙醇脱氢为乙醛的主要活性中心为Cu,而ZnO主要起提高催化剂热稳定性的作用,其另一作用可能是与Al2O3协同作用,提供L酸碱中心(ZnO提供O2-,Al2O3提供Al3+),从而有利于乙酸乙酯生成。ZrO2具有典型的酸碱双功能,可同时提供酸碱中心(Zr4+:酸中心,O2-:碱中心),可使催化剂酸碱性质更好地匹配,更有利于生成乙酸乙酯。
文献报道的乙醇合成乙酸乙酯催化剂还有Pd-Cu/分子筛催化剂, Cu/Cr2O3催化剂MoS2/C催化剂等[5-7]。由于Pd-Cu/分子筛催化剂使用贵金属钯,Cu/Cr2O3催化剂中含有近来认为对环境存在影响的金属铬,MoS2/C催化剂在制备过程中使用剧毒H2S等,限制了这些催化剂体系的应用。因此我们本实验以Cu基金属催化剂体系为研究目标,参考目前研究成果,设计适宜组成的Cu基催化剂,应用于乙醇转化合成乙酸乙酯,考察催化剂的制备方法、催化剂的结构性质对催化剂催化性能的影响。
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催化化学是物理化学的一个分支学科。催化化学研究涉及化学学科中多学科分支的内容。多相催化剂的制备,催化剂的结构性质的分析,催化反应性能的评价涉及了无机化学,化学分析,仪器分析,有机化学,化学热力学,催化化学等学科相关理论和实验方法,因此各学科研究的发展成果都有可能应用到催化领域。催化化学实验内容因其综合性高,对学生把化学基本理论和基本实验技能熟练灵活运用具有很好的融合作用。因催化剂的催化性能与催化剂的组成、结构和性质相关,由此把宏观性质和微观结构紧密联系起来。因其他学科的发展也促进催化研究的创新,因此催化实验具有广阔的实验空间,有利于同学熟悉科研的基本方法,在实验过程培养同学们创新能力。
具体目的如下:
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、制备条件和反应条件对低碳醇脱氢反应的影响。
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1. 了解乙醇转化为乙酸乙酯的研究现状。
(1)查阅文献所用的催化剂体系的