山梨醇催化氨化制备腈类化合物的研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文山梨醇催化氨化制备腈类化合物的研究论文作者：牛保强学生类别：全日制学科门类：工科学科专业：应用化学指导教师：张月成职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金（No.21476057），河北省自然科学基金（No.B2016202393和No.B2015202284）。DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofAppliedChemistrySTUDYONTHECATALYTICAMINATIONREACTIONOFSORBITOLTONITRI

2、LESbyNiuBaoqiangSupervisor:Prof.ZhangYuechengMay2017ThisworkwassupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.21476057),andNaturalScienceFoundationofHebeiProvince(No.B2016202393andNo.B2015202284).摘要在全球化石资源日益短缺的背景下，以可再生的生物质资源通过催化转化的方法制备燃料和基础化学品成为趋势。本文以生物质资源山梨醇为原料，通过催化氨化法转化为乙腈和丙腈等腈类化合物，为山

3、梨醇转化为高附加值化学品提供了一条新的途径。采用捏合挤条法制备了一系列金属氧化物催化剂，在固定床反应器上考察了它们对山梨醇催化氨化反应的催化性能，从中筛选出催化性能最好的催化剂为Fe15/γ-Al2O3。在此催化剂作用下，得到的主要产物为乙腈和丙腈，另外也包括吡啶、乙烯、丙烯等。以Fe15/γ-Al2O3为催化剂对反应条件进行了优化，得到的最优的反应条件为：反应温度510oC，常压，氨气与山梨醇摩尔比14:1，气时空速982h-1。在此条件下，乙腈和丙腈的总收率可达40.1%。利用XRD、N2吸附-脱附、TEM、XPS以及吡啶吸附红外等表征手段对催化剂进行了表征。结果表明，在γ-Al2O

4、3载体上负载适量的铁之后，催化剂上可以形成Brønsted酸性位点，能够加快乙醛和氨气缩合生成关键中间体亚胺，从而促进山梨醇向腈类产物的转变。催化剂中的铁以氧化物Fe2O3纳米粒子形式存在，粒径约为5-7nm。在山梨醇催化氨化反应中，Fe2O3纳米粒子是主要的脱氢-加氢活性催化物种。关键词：山梨醇氨化乙腈丙腈Fe15/γ-Al2O3IABSTRACTInthecontextoftheshortageofglobalfossilresources,thedevelopmentoffuelsandbasicchemicalsthroughcatalyticconversionwithrene

5、wablebiomassresourceshasbecomeatrend.Inthispaper,thebiomass-derivedsorbitolhasbeenconvertedtoacetonitrileandpropionitrilethroughcatalyticaminationmethod.Itprovidesanewresearchtoconvertsorbitoltovalue-addedchemicals.Aseriesofmetaloxidecatalystswerepreparedbykneadingextrudingmethodandweretestedinaf

6、ixed-bedreactorfortheaminationofsorbitoltonitriles.Fe15/γ-Al2O3catalystshowedthehighestactivityamongallthecatalysts.Acetonitrileandpropionitrileasmajorproductswereobtainedoverthiscatalyst,meanwhile,pyridine,ethyleneaswellaspropyleneasby-productswerealsoreceived.Theparametersaffectingtheperformanc

7、eofthecatalystFe15/γ-Al2O3wereinvestigatedcarefully.Whenthereactionwasconductedundertheoptimizedparameters,beingatemperatureof510oC,atmosphericpressurewithamolarratioofammoniatosorbitolof14:1andGHSVof982h-1,thetotalcar