乙腈加氢制备乙胺催化剂及生产工艺的研制和开发

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非晶态合金催化剂由于其长程无序而短程有序的特征,导致其优良的催化活性、选择性和抗中毒能力,特别是在制备过程中环境污染少,催化效率高的特点,越来越引起人们的重视。尽管对非晶态合金催化剂的研究时间不长,但是大量的实验数据已经表明其具有良好的工业化应用前景。 本论文通过化学还原法制备超细二元Ni-B和Co-B非晶态合金催化剂、三元非晶态合金催化剂Ni-Co-B和Co-Fe-B以及负载型Ni-Co-B/SiO2催化剂,以具有重要工业应用价值的液相乙腈加氢选择性制备乙胺为目标反应,系统地考察了上述催化剂的催化性能。在此基础上,结合催化剂的系统表征和催化反应动力学研究,深入研究了非晶态合金的结构、表面电子态和催化性能之间的关系,探索了添加金属的促进作用;同时,研究了非晶态合金与载体的相互作用及其对催化剂热稳定性、分散度以及催化性能的影响。主要研究工作如下: 一、催化剂制备 (1)超细Ni(Co)-B非晶态合金催化剂的制备:用化学还原法将一定量的KBH4溶液逐滴加入到NiCl2或CoCl2溶液中,得到黑色的Ni-B或Co-B非晶态合金催化剂。 (2)双金属非晶态合金催化剂Ni-Co-B的制备:将一定量的KBH4逐滴加入到配制好的CoCl2和NiCl2混合溶液中,得到Ni-Co-B黑色非晶态合金催化剂。 (3)超细Co-Fe-B非晶态合金催化剂的制备:用化学还原法将一定量的KBH4溶液逐滴加入到CoCl2溶液和FeCl3混合溶液的中,得到黑色的Co-Fe-B非晶态合金催化剂。 (4)负载型Ni-Co-B/SiO2非晶态合金催化剂的制备:采用含金属Ni和Co离子的盐溶液浸渍SiO2载体,通过KBH4还原,得到Ni-Co-B/SiO2非晶态合金催化剂。 二、催化性能评价 在高压釜中加入一定量上述制备的非晶态合金催化剂和乙腈的乙醇溶液,在3.0MPa H2以及383K温度下进行催化加氢,观察釜内压力变化观察催化反应初始速率,并采用气相色谱分析产物,确定乙腈转化率以及对目标产物乙胺的选择性。结 果表明,所有非晶态合金催化剂在上述反应中的选择性均优于 Raney Ni催化剂, Ni(oE和 CoFeE三元非晶态合金的催化活性和选择性显著高于对应的二元非晶 态合金,Ni(小B非晶态合金负载化后不仅催化活性提高,而且催化剂使用寿命延 长,更加适合于工业化生产。 三、催化性能与结构的关系的研究 根据催化剂的系统表征和乙睛加氢动力学的研究,对下列问题进行了深入研 究: *)非晶态合金比对应的晶态金属催化剂具有优良的催化活性,一方面归因于 其短程有序而长程无序的独特非晶态结构、均匀分布和高度配位不饱和性的活性 位;另一方面,归因于金属和类金属①)之间的相互电子作用,导致金属呈富电子态, 而类金属①)为缺电子态。非晶态合金经高温处理后发生晶化失活,主要归因于非晶 态结构转化为晶态结构以及金属一类金属合金的分解,同时与催化剂粒子团聚,导 致活性比表面积下降有关。 o)CoIeE非晶态合金中修饰剂Fe对催化活性的促进作用主要归因于其对活 性中心原子C。的分散作用;Ni-C。E非晶态合金的活性高于Ni.B或C。-B,主要归 因于作为活性中心的金属Ni和C。之间的协同作用。 O)将非晶态合金负载于适当的载体上可显著提高热稳定性及催化活性,主要 归因于其与载体的相互作用以及载体对非晶态合金颗粒的分散作用。考虑到催化剂 的还原度和分散度,不同负载型非晶态催化剂具有不同的最佳负载量。
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