甲乙酮(MEK)又称丁酮,作为一种酮类化合物,在工业中有着非常广泛的应用,常被用于化工原料的中间体和工业有机溶剂等。生产甲乙酮的方法多达十几种,但绝大多数原料都是来源于不可再生的石油资源,因此探寻一种非石油基原料高效反应生成甲乙酮显得尤为重要。本论文研究致力于以微生物法生产1,3-丙二醇的副产物2,3-丁二醇为原料,通过催化脱水反应生产甲乙酮。以H3PO4为活性组分,探寻不同的载体,通过负载、焙烧制得固体酸催化剂。该技术不仅可以避免浪费有限的石油基原料,同时还可以解决高成本、能耗大以及污染严重等问题,符合绿色环保、可持续发展的理念。具体研究内容如下:1、H3PO4/SiO2催化剂的制备及性能考察:以等体积浸渍法制备催化剂,探寻了催化剂制备工艺条件和反应条件与催化活性、甲乙酮选择性之间的规律影响。研究表明,SiO2载体在2,3-丁二醇脱水中没有催化活性,H3PO4活性组分的添加则能够诱导2,3-丁二醇催化脱水,且对催化性能的影响较大,合适的负载量能够使得2,3-丁二醇接近完全反应。450℃温度下焙烧的1 0 wt.%H3PO4/SiO2催化剂,在最优的反应条件下,2,3-丁二醇可实现完全转化,甲乙酮的收率为84.13%。2、H3PO4/CaX催化剂的制备及性能考察:采用等体积浸渍法制备催化剂,运用各种表征技术,探究了不同制备工艺条件与催化剂结构以及催化性能之间的规律。研究结果表明:活性组分高度分散在载体中,且并没有破坏载体沸石CaX原有的结构特性;500℃下焙烧制得的8 wt.%H3PO4/CaX催化剂,催化活性最佳。研究结果发现:最优反应工艺条件下,2,3-丁二醇可达到98.87%的转化率,甲乙酮的收率为85.72%。3、H3PO4/AC催化剂的制备及性能考察:为了进一步提高催化剂的性能,选用了比表面更大、孔道结构更为丰富的活性炭(AC)为载体,制备出了 H3PO4/AC催化剂。在最优的制备工艺条件和最佳的反应条件下,2,3-丁二醇已完全转化,甲乙酮的收率最大(91.27%)。利用各种表征手段探索H3PO4/AC催化剂的结构特性和负载情况。并考察了催化剂的活性组分的存在形态,研究发现:活性组分能够与载体之间形成相互作用,且主要以磷酸和偏磷酸的形式存在,还伴随着少量P2O5的存在。实验还研究了H3PO4/AC催化剂在2,3-丁二醇脱水制甲乙酮反应中的使用寿命,并通过再生手段再生活化H3PO4/AC催化剂,考察再生后的H3PO4/AC催化剂的催化性能。实验结果发现:催化剂在使用了 140 h后仍然能够保持较高的催化活性;且使用了 6次的H3PO4/AC催化剂还能够具有良好的催化活性。此外,对比了不同载体材料制备的催化剂,考察不同载体比表面和孔道结构与催化活性之间的规律,以及不同催化剂的酸性强度与催化活性之间的关系。实验发现:H3PO4/AC催化剂的催化活性最佳,因为大比表面更容易吸附活性组分,从而形成更多的活性中心,反应速度加快;其具有合适的酸性强度,更适宜诱导2,3-丁二醇催化脱水制备甲乙酮。