乳酸脱水制备丙烯酸高效催化剂的开发

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随着化石资源的短缺及环境污染的日益加重,以生物质为原料制备新能源及各种大宗化学品的研究越来越受到人们的关注。其中,以石油为原料制备的丙烯酸作为一类大宗化学品,广泛用于生产涂料、高吸水性树脂、合成橡胶、合成纤维等,全球需求量巨大,成本价格走高。因此,开发生物基丙烯酸制备路线以降低生产成本,减少环境污染,实现可持续性发展具有巨大的社会意义。我国发酵法生产乳酸的工业化路线成熟,部分技术处于国际先进水平,使得乳酸成为成本低廉的发酵工业产品。因此,以乳酸为原料,经催化脱水制备丙烯酸,将成为最有潜力的生物替代路径。   本文在对文献钻研和实验室原有的工作基础上,对以乳酸为原料,NaY分子筛为催化剂的生物基丙烯酸的制备方法进行了深入的研究。主要考察了NaY分子筛的合成工艺、反应条件和金属离子改性对NaY分子筛催化性能的影响,取得了较好的实验结果,分析总结实验数据,初步推断了乳酸脱水制备丙烯酸反应的反应机理。   得到了快速合成NaY分子筛的最佳合成工艺,以自合成分子筛为基本催化剂,优化了脱水反应的条件,同时,通过比较不同的稀土金属的不同改性方法,得到最高丙烯酸得率为:2wt%La/NaY催化剂,在原料浓度38wt%,载气N2流量30 ml/min,反应温度350℃的条件下,乳酸的转化率为100%,丙烯酸的得率可达56.3%。改性后的分子筛通过XRD,NH3-TPD,BET,H2-TPR及UV-vis等表征手段进行分析,初步推断出乳酸脱水反应的机理:脱水反应的活性位点位于分子筛的方纳笼中,稀土金属离子的加入,改变了笼中微环境和分子筛的酸密度、比表面积和孔容等物化性质,然而,分子筛方钠笼中的电场分布是影响脱水反应过程的最重要因素。在以NaY为催化剂的过程中,乳酸在催化剂内部强电场的作用下,使α-羟基位点的电子云密度下降,从而促进了丙烯酸的生成,而抑制了脱羰、脱羧等副反应的发生。
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