负载型Ni催化剂催化乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯的研究

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γ-戊内酯是一种重要的平台化合物,可代替乙醇作为燃油添加剂使用,还可通过催化转化制得多种化工原料和燃料,是一种用途广泛的生物质基化学品。目前,γ-戊内酯主要通过乙酰丙酸及其酯类加氢环合制得,使用的催化剂多为均相催化剂和多相贵金属催化剂,前者催化活性较高,但在催化剂分离及随后的再利用方面存在缺陷,后者价格昂贵,工业生产成本高。负载型Ni催化剂价格低廉且活性较好,广泛应用于各类催化反应。  本论文采用等体积浸渍法制备了一系列负载型Ni催化剂,将其应用于乙酰丙酸加氢环合制备γ-戊内酯反应中。考察了载体、Ni负载量、催化剂还原温度、反应条件等因素对乙酰丙酸转化率和γ-戊内酯选择性的影响,通过XRD、H2-TPR、TEM等表征手段对催化剂的物化性质进行了研究,并对催化剂的稳定性进行了考察。结果表明,以Ni/SiO2为催化剂,水为溶剂时,乙酰丙酸转化率可达100%,γ-戊内酯的选择性可达99.9%,但催化剂稳定性差,易失活。以甲醇为溶剂时催化剂的稳定性较好。以25%Ni/SiO2为催化剂,甲醇为溶剂,在反应温度140℃、氢气压力4.0 MPa、催化剂用量30%(相对于LA质量)、反应48 h的条件下,乙酰丙酸转化率达到100%,γ-戊内酯选择性为92.3%。  为了提高Ni/SiO2催化剂的稳定性,在上述研究基础上,向Ni/SiO2催化剂中引入助剂。考察了助剂种类、助剂含量、还原温度等对其催化性能的影响。并采用XRD、H2-TPR、TEM等表征手段,对催化剂进行了表征。结果表明,适量La2O3助剂的掺杂可显著提高NiO2催化剂的活性和稳定性。催化剂重复使用4次,其活性和选择性基本不变。结果表明掺杂La2O3的Ni催化剂有望取代贵金属催化剂用于乙酰丙酸催化加氢制备γ-戊内酯的反应。
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