活性炭和介孔碳负载的钯催化剂催化谷甾醇加氢制备谷甾烷醇的研究

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谷甾烷醇是一种主要由人工合成的植物甾醇,自然界中含量极少。相比其他植物甾醇,谷甾烷醇具有更好的降低血清胆固醇的功能。谷甾烷醇的主要制备途径是在一定压力下将谷甾醇催化氢化。负载型贵金属催化剂、尤其是Pd催化剂是目前最好的谷甾醇加氢催化剂。  本文以采用液相还原法分别制备了活性炭(AC)和介孔碳(MC)负载的Pd催化剂(Pd担载量为5wt.%),考察了其在谷甾醇液相加氢制备谷甾烷醇的反应中的催化性能,并与BET-BJH、XRD、TEM、CO吸附、CO吸附量热等表征结果进行了关联。结果表明,Pd/MC催化剂具有明显的介孔结构,孔径远高于微孔的Pd/AC催化剂。但Pd在MC上的分散度较在AC上的低许多,因而负载在MC上的金属Pd的表面积仅有83 m2/g,远低于负载在AC的Pd表面积197m2/g。 CO吸附量热结果表明,不同的C载体对金属Pd的表面电子密度并没有明显影响。然而,相同反应条件下,Pd/MC比Pd/AC表现出更高的催化谷甾醇加氢反应活性。谷甾醇在Pd/MC催化剂上的转化率达到70%,而在Pd/AC催化剂上的转化率仅为39%。Pd/MC较高的催化活性与其具有较大的孔径有关。由于Pd/AC催化剂的微孔结构不利于较大的谷甾醇分子扩散到微孔孔道中,使得负载在微孔孔道中的活性Pd粒子未能发挥催化作用,从而在谷甾醇加氢反应中表现出较低的活性。  采用同样的液相还原法将Pd负载到颗粒更细的MC-200上,Pd的表面积提高至123 m2/g,使得谷甾醇的转化率从70%提高到83%。对MC-200进行表面酸修饰可以进一步提高负载Pd的分散度(43.1%)和活性Pd的表面积(192 m2/g),从而提高了该催化剂在谷甾醇加氢反应中的活性,使谷甾醇的转化率达到93.8%。  研究还发现,提高反应温度可以明显增加谷甾醇的转化速率,但提高氢气压力对谷甾醇的转化速率影响不大。当以5wt.% Pd/MC-200-40NA为催化剂,金属Pd用量为原料的0.25%,反应温度为343 K,氢气压力为0.4 MPa时,谷甾醇加氢反应1h,转化率可达96.1%,展现出良好的工业应用前景。
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