硝基芳烃酸性加氢的Pt/C催化剂延长寿命因素研究

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对氨基苯酚(p-aminophenol,PAP),是硝基芳烃催化加氢的产物之一,是一种重要的化工中间体,在医药、染料、橡胶、摄影等领域有着广泛的应用。而用于加氢反应的关键技术是制备寿命长、高活性、好选择性的催化剂。  本文主要目的是探索如何延长Pt/C催化剂的使用寿命。采用浸渍法制备Pt/C催化剂,并引入Mo作为第二活性金属组分,即助催化剂,制成Pt-MoS2/C组合型催化剂。  将这两种催化剂均用于硝基苯催化加氢反应中,在实验装置气密性严密的情况下,以氢气消耗量来衡量催化剂的重复使用次数,实验结果表明:Pt/C催化剂的重复使用次数约为5次左右,负载了Mo的Pt/C催化剂的重复使用次数则大大增加,约为14次左右。并同时以硝基苯转化率和PAP选择性为指标来衡量催化剂的性能,得出催化剂最佳用量和Pt、Mo的最佳负载量,最佳用量为0.5g,Pt、Mo的最佳负载量分别为3%、1%。  探索了其他影响催化剂活性的因素,如活性炭预处理、甲醛用量等的影响,结果表明不同强度氧化剂对活性炭预处理会产生不同的结果,如氧化性相对较弱的氧化剂H2O2的效果优于较强的HNO3,可能是因为弱氧化剂会使活性炭表面产生中等强度的酸性位,活性金属Pt在载体表面的分散度会更好。Pt还原过程中甲醛存在一个最佳用量,过多过少均影响此催化剂的性能,最佳用量为3-5ml。  以XRD、SEM、压汞仪等方法对催化剂进行了表征,计算出催化剂每次重复使用后的比表面积和孔容,得出催化剂失活的主要原因为有机物覆盖在催化剂表面造成表面积下降和孔堵塞,致使催化剂丧失活性中心。  在原料中引入噻吩作为毒性杂质来衡量Pt/C和Pt-MoS2/C催化剂的抗中毒性,结果表明后者的抗中毒性远高于前者,可能是由于有助催化剂Mo的存在,在Pt中毒失活的同时依然可以产生催化作用,那么便延缓了催化剂的失活速率。同时采用催化剂中毒失活的动力学方程模型进行验证,结果显示Pt/C催化剂的失活速率常数明显高于Pt-MoS2/C,这与实验结果一致。  同时研究了硝基苯催化加氢工艺的影响因素,以硝基苯的转化率及PAP的选择性为指标,考察了各种因素对反应的影响,并且得出反应的最佳工艺条件。最佳反应时间为5h、反应温度为80℃、搅拌速度为1200转/分、表面活性剂用量为0.5g、硫酸用量为12-14 ml,此条件下,硝基苯转化率可达55%,PAP选择性可达85%。
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