催化加氢合成对-氨基苯酚Ni/TiO2催化剂结构和反应性能研究

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对-硝基苯酚(PNP)液相催化加氢合成对-氨基苯酚(PAP)是一条具有收率高、产品质量好、环境友好等优点的工艺路线,研制和开发高活性、高选择性的PNP加氢反应用负载型Ni基催化剂具有重要的意义。本论文采用浸渍法制备了一系列负载型Ni基催化剂,利用XRD、TPR、H2化学吸附和活性评价等多种研究方法系统地考察了载体、Ni含量、焙烧及还原温度等因素对负载型Ni基催化剂的物化性质及PNP加氢反应性能的影响,并对PNP催化加氢合成PAP的反应条件及稳定性进行了初步考察。研究表明,在SiO2、TiO2、γ-Al2O3和MgO载体中,以TiO2为载体的催化剂具有较佳的PNP加氢反应性能,这可能与Ni和TiOx的协调作用有关。Ni含量的提高可以增加Ni/TiO2催化剂的活性表面,从而提高催化剂的加氢反应性能。对于20 wt.%Ni/TiO2催化剂,随着焙烧温度的提高,NiO与载体的作用随之增强,且温度较高会形成难以还原的NiTiO3;并且,焙烧温度过高会伴有部分TiO2晶型的转变。还原温度的提高可以使较多的镍物种被还原出来,但同时会使Ni晶粒发生烧结。结果表明,焙烧及还原温度分别为923 K、673 K时制备的催化剂具有较佳的加氢反应性能。采用923 K焙烧、673 K还原的20%Ni/TiO2催化剂,考察了PNP加氢反应过程中反应条件(包括反应温度、氢压力、反应物初始浓度、搅拌速率、催化剂用量、溶剂组成与用量等)对催化剂反应性能的影响。在氢压1.6 MPa,温度80℃,初始PNP浓度0.300 mol/L,搅拌速度600 rpm,催化剂用量500 mg,120 mL溶剂(乙醇和水的体积比1:1)的条件下,经过60 min加氢反应后,PNP转化率可达100%,PAP选择性为99%以上,同时催化剂具有较好的稳定性。
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