物化综合实验报告.doc

物化创新实验报告 实验题目：铜基催化剂的制备及其催化性能 指导老师：朱万春 专业班级：材料化学四班 小组成员：杜晓航、李楠、宋小贤、王晴晴、吴琼、张凤双 一、前言 1、研究背景： 随着经济的快速发展，国内外对乙酸乙酯的需求不断增长。传统上乙酸乙酯是由乙醇和乙酸经浓硫酸催化液相酯化合成。而传统的以硫酸为催化剂直接酯化合成乙酸乙酯的化工工艺存在着很多缺点，工业上由乙醇与乙酸经硫酸液相酯化合成, 但此法副反应多, 设备腐蚀严重, 后处理工序繁琐, 三废处理困难。所以，积极寻找合成乙酸乙酯的新途径已成为当今科研工作者努力的方向[1-3]。近年来，研究者们在乙酸乙酯合成工艺以及催化剂的开发方面做了大量工作，已经陆续开发出了一些制备乙酸乙酯的方法。例如：乙醇脱氢法、乙烯与氧一步合成法[4]、乙酸/乙烯酯化法等新的合成工艺。其中采用乙醇作为单一原料，经其选择脱氢直接合成乙酸乙酯 (副产物为乙醛)的新工艺，不仅可以避免上述传统上合成乙酸乙酯工艺的许多缺点，其自身还具有工艺简单，环境友好等优点。采用乙醇单一原料脱氢直接合成乙酸乙酯分为氧化脱氢及选择脱氢两种。对氧化脱氢，有采用PdCMo-Sb-O、Pd-Cu分子筛作催化剂的报道，其中后者为双中心催化剂，乙酸乙酯选择较高，引起了人们的关注。 CH3CH2OH →CH3CHO + H2 ? 67KJ 2CH3CH2OH →CH3COOC2H5 + 2H2 ?151KJ 由上式可以看出，升高温度对生成乙酸乙酯有利。但也使其它副反应加剧，同时对催化剂的寿命不利，所以，考虑到催化剂的稳定性以及乙酸乙酯的收率，催化剂的操作温度在230～270℃为宜[5]。Elliott等[6] 报道了在Cu/ ZnO/ A l2O3 催化剂上乙醇、正丙醇、正丁醇可转化为碳数为2n 的酯以及副产碳数为2n 及( 2n- 1) 的酮. 潘伟雄[7] 报道了Cu/ Co / Zn/ Al 催化剂上乙醇的反应结果, 并提出了乙醇脱氢歧化酯化机理.本文研究了经ZrO2 改性的Cu/ ZnO/ A l2O3 催化剂上乙醇及其它原料的反应, 得到了高的乙酸乙酯选择性。 2、乙酸乙酯的主要生产工艺 乙酸乙酯的主要生产工艺可以分为三类： （1）经典的Fischer乙酸乙醇酯化法，该方法以硫酸或对甲基苯磺酸为催化剂。 （2）以三乙醇铝为催化剂催化乙醛发生羰基加成反应，在德国和日本绝大多数乙酸乙酯都是利用该反应来制备的。 （3）最近才被商业使用的是以粘土和杂多酸为催化剂，使乙酸和乙烯加成从而制备乙酸乙酯。 3、本实验应用的催化剂制备方法： 浸渍法是将载体置于含活性组分的溶液中浸泡，达到平衡后将剩余液体除去（或将溶液全部浸入固体），再经干燥、焙烧、活化等步骤，即得催化剂。浸渍条件如浸渍时间、浸渍液浓度、载体状态对浸渍结果都产生影响。当载体与溶液接触时，由于附加压力作用，溶液进入载体毛细孔内部，然后溶液中的活性组分在细孔的表面上吸附。因为浸渍包括溶液向孔内的扩散和吸附，因此不同浸渍条件将产生不同的浸渍结果。 （1）浸渍时间的影响。浸渍液向孔内的扩散是一种毛细现象，由于孔径很细，作为动力的附加压力很大。根据对催化剂的不同要求，浸渍时间可长可短，如果希望活性组分不要进入孔内的深处，可采用短时间浸渍，否则采用长时间浸渍。不同的载体，毛细管的压力不同，扩散时间也不同，具体情况因材料而定。 （2）浸渍液浓度。浸渍液浓度是影响浸渍效果的重要因素之一。一般载体吸附活性组分的量在一定范围内随浸渍液的浓度增大而增加。 （3）浸渍前载体状态。在浸渍前，载体干燥或润湿会产生不同浸渍效果。一般在同样浓度的浸渍条件下，干燥载体内浸渍组分的分布比湿载体时均匀。另外，浸渍后催化剂的干燥、焙烧等处理过程对催化剂的结构和性能也有重要影响。 二、实验部分 1、 仪器及试剂 研钵（两个），40目和60目筛子各两个，蒸发皿2个，玻璃棒若干，移液管（2ml），烧杯等，分析天平，GC-8A气相色谱仪，2ZB-1L10双柱塞微量泵，SPH-300氢气发生仪，SPB-3全自动空气源，微型反应器，加热炉，温控仪，六通阀，恒温水浴锅，干燥箱，马弗炉 SiO2颗粒，γ-Al2O3颗粒，三水合硝酸铜固体，六水合硝酸锌固体，五水合硝酸锆固体，蒸馏水，95%乙醇，无水乙醇 2、实验步骤 （1）催化剂的制备 1.研磨载体 先后用自来水、蒸馏水、乙醇清洗两个研钵，两个蒸发皿，用酒精棉擦洗40目和60目筛子各两个，晾干备用。清洗玻璃棒，烧杯若干，备用。取适量SiO2颗粒于研钵中研磨，并用40目和60目筛子筛选出40