生物质资源是传统能源的有效替代者,以生物质资源为原材料获得精细化学品和新型生物燃料符合当前可持续发展的战略要求。甘油是生物柴油炼制过程中的副产品,也是一种高度官能化的生物质平台分子,通过有效手段如氧化、氢解、酯化等可以将其转化为多种精细化学品,尤其通过选择性氧化可以获得甘油醛、二羟基丙酮等产物,这些氧化产物附加值高、用途广、市场需求量大。由于甘油多相催化氧化制高附加值精细化学品的诸多优势,国内外研究人员近十年来开展了系统的研究工作,并取得了可喜的进展,然而甘油催化氧化仍存在甘油分子中伯仲羟基定向活化与选择性转化的难题,因此目前甘油的多相催化氧化仍停留在实验室研究阶段,尚未获得大规模工业化推广。本论文针对甘油仲羟基定向氧化难题,基于前期甘油氧化中活性金属的研究基础,重点开展了基于Au基多相催化剂的载体设计与构筑,并系统研究了催化剂组成和结构对催化剂性能的影响,揭示其对反应物作用的机制,在此基础上,将Au基多相催化剂应用于固定床甘油催化氧化研究,为甘油定向氧化制二羟基丙酮奠定工业化基础。本文通过沉淀法制备了 ZnO-CuO载体,并采用沉淀沉积法制备了系列ZnO-CuO为载体的AuPd负载型催化剂。作为对比,制备以ZnO和CuO为载体的催化剂,将获得的催化剂应用于釜式甘油选择性氧化反应。催化评价结果显示,AuPd/ZnO-CuO催化剂表现出最高的催化活性。当反应时间为2 h时,二羟基丙酮的选择性高达80.4%,产率可达65%,相同条件下AuPd/ZnO和AuPd/CuO催化剂的产率仅为35.8%和12.6%。同时AuPd/ZnO-CuO催化剂的转化频率(TOF)为687.1 h-1,是AuPd/ZnO催化剂的6倍。对载体掺杂性能强化的原因进行分析,高角环形暗场像-扫描透射电子像结果显示ZnO-CuO载体中Zn和Cu元素分布均匀,形成了复合氧化物,Cu原子的存在破坏了 ZnO中Zn-O的有序规则结构。通过电子顺磁共振光谱和X射线光电子能谱对三种催化剂氧空位的浓度进行表征发现,由于载体金属离子的相互掺杂,ZnO-CuO复合氧化物中氧空位的浓度显著高于ZnO和CuO中氧空位浓度。催化机理研究表明催化剂载体表面氧空位的增加为甘油仲羟基氧化提供了更多的吸附活化位点进而有效提高了催化剂的性能。此外,高分辨透射电镜结果显示,尽管不同载体上的AuPd活性组分均无团聚现象,但在三种合金催化剂中,AuPd/ZnO-CuO中活性组分颗粒最小,这是其催化活性提高的另一重要原因。由于固定床具有反应效率高且操作简便等优点,将釜式反应器中获得的最优AuPd/ZnO-CuO催化剂用于固定床反应器中,并设计了一条固定床甘油氧化制备二羟基丙酮的工艺路线。为防止高温条件下反应物甘油和产物二羟基丙酮的碳化,设计并搭建了气液固三相的反应流程与装置,由于不同反应床中反应物在催化剂表面停留时间存在巨大差异,因此本文重点探究了不同工艺条件对催化性能的影响。实验结果表明在反应体系压力为0.6 MPa、甘油进料速度为0.3 mL/min和80℃条件下,实现了 90%的甘油转化率和60%的DHA收率。总之,本文通过对比 AuPd/CuO、AuPd/ZnO、AuPd/ZnO-CuO 催化剂在甘油氧化性能差异,揭示了催化剂载体中氧空位缺陷对于甘油仲羟基的氧化的作用机制与影响规律,获得一种高选择性甘油制二羟基丙酮负载型AuPd催化剂。并将其应用于固定床反应器中,设计出了液相甘油氧化制备二羟基丙酮的反应路线。本文研究结果对多元醇高效定向转化及甘油制二羟基丙酮的工业化提供了新的理论依据与实践基础。