Cu/ZnO/Al2O3催化剂在苯甲酸甲酯加氢制备苯甲醇反应中的研究

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苯甲醇是一种重要的有机中间体被广泛的应用到涂料、化妆品、香料、食品、医药等领域。传统工艺制备苯甲醇的主要方法是氯化苄水解法,但是该方法的制备工艺复杂,生产的苯甲醇中不可避免的包含氯代物,限制了它在医药产品、香料和食品添加剂等领域的广泛应用。因此,开发绿色化学工艺合成无氯苯甲醇是目前急需解决的关键问题。本文的研究重点是选择苯甲酸甲酯为反应原料加氢制备苯甲醇。针对该反应特点合理的设计制备了一系列的负载型Cu/ZnO/Al2O3催化剂。在间歇式高压反应釜中评价了催化剂在苯甲酸甲酯加氢制备苯甲醇反应中的催化性能。详细的考察了反应条件的影响,并且对其进行了优化。结合反应结果和表征手段,研究了催化剂的结构特征、活性组分和表面酸性对催化反应体系的影响。具体的研究工作如下:(1)采用了共沉淀方法制备Cu/ZnO/Al2O3催化剂,考察了不同Cu/Zn/Al(2:0:12:3:1)的Cu/ZnO/Al2O3催化剂的催化性能。同时也考察了反应体系的温度、H2压力、溶剂等对催化性能的影响。结果表明,在Cu/Zn/Al为2:2:1,焙烧温度为450°C,还原温度为250°C,反应温度为200°C,H2压力为3MPa,转速为500 r/min时。催化剂表现了较好的催化性能。(2)采用一系列表征方法研究了催化剂的理化性质对苯甲酸甲酯加氢制苯甲醇的影响。考察了在Cu/Al2O3催化剂中加入ZnO的量对催化剂的结构性质、表面酸量和还原性的影响。此外,结合相关的实验结果表明,在苯甲酸甲酯加氢制备苯甲醇的反应中催化剂的活性不仅跟活性物种Cu有关,而且与催化剂的表面酸性有关。(3)研究了焙烧温度T(T=350、450、550、650、750°C)对Cu/Zn/Al为2:2:1催化剂性能的影响。结果表明,焙烧温度为650°C时,催化剂的活性较好。但是产物中甲苯副产物含量较多。因此,为了进一步提高苯甲醇的选择性,我们降低了反应温度,提高了反应压力,对反应条件进行了再次优化。结果表明,在反应温度为160°C,H2压力为7MPa时,CZA-2-650催化剂具有较好的催化性能。苯甲酸甲酯的转化率高达93.9%,相应的苯甲醇的选择性可达88.0%。结果表明,高分散的Cu和催化剂表面的弱酸性是影响苯甲酸甲酯加氢制备苯甲醇反应的关键因素。
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