γ-丁内酯(γ-butyrolactone),又名4-羟基丁酸内酯,是一种重要的精细化工产品和优良的高沸点溶剂,由于其独特的分子结构,可发生一系列开环或不开环的化学反应制得众多高附加值下游衍生物,如a-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、聚乙烯基毗咯烷酮等农药、医药和染料的中间体。同时,γ-丁内酯作为高沸点溶剂,溶解力极强,导电性和稳定性好,使其可作为高电导率的特殊溶剂用于锂电池和电器的电解液。γ-丁内酯的生产方法主要有糠醛法、1,4-丁二醇脱氢法、顺酐酯化加氢法和顺酐直接加氢法。其中,顺酐直接加氢合成γ-丁内酯具有工艺流程短、环境效益好和经济效益显著等优点。由顺酐加氢合成γ-丁内酯是一个连续的加氢过程：首先,顺酐分子中的C=C键加氢转化为丁二酸酐,然后丁二酸酐分子中的一个C=O经加氢合成γ-丁内酯。第一步C=C键加氢在金属催化剂作用下较易进行,而C=O加氢则要求催化剂具有较高的加氢活性。目前人们多采用引入第二组分或调整催化剂各组分组成比例的方式,减小活性金属的晶粒尺寸,提高其分散度,进而提高催化剂的C=O加氢活性,实现γ-丁内酯的高选择合成。已有的顺酐加氢研究中,较少关注催化剂载体的影响。少数关于载体影响的研究认为载体通过改变其与活性金属之间的相互作用,来改善催化剂的C=O加氢活性,即载体通过改变活性金属存在形态来提高其C--O加氢活性。关于顺酐加氢合成γ-丁内酯过程中,是否存在载体与金属的协同效应,即载体是否参与了C--O的吸附与活化,仍不清楚。本论文在课题组前期工作基础上,采用浸渍法制备了Ni/Al2O3-SiO2催化剂,并应用于顺酐液相加氢反应。综合运用低温N2物理吸附、XRD、H2-TPR、H2-TPD、 NH3-TPD-MS、TG-DTA和TPO-MS等多种表征手段,详细研究了催化剂的结构、织构以及表面性质对其催化顺酐液相选择加氢合成γ-丁内酯性能的影响,探讨了Al2O3-SiO2载体与金属Ni0协同催化C--O加氢机理。具体研究内容如下：1.以Al2O3-SiO2复合氧化物为载体,采用浸渍法制备了镍含量为12.5 wt%的Ni/Al2O3-SiO2催化剂,对比研究了与单一载体Ni/Al2O3、Ni/SiO2催化剂催化顺酐液相加氢合成γ-丁内酯性能的差异。结果表明,以Al2O3-SiO2复合氧化物为载体的催化剂具有高的C=O加氢活性,目标产物γ-丁内酯收率显著高于以Al2P3和SiO2为载体的催化剂。催化剂的表征结果表明,以Al2O3-SiO2复合氧化物为载体催化剂表面具有丰富的L酸酸性中心,该L酸酸性中心通过接受C=O中氧原子上的孤对电子与C=O发生相互作用,促使与相邻的金属Ni表面的活性氢发生加氢反应,生成p丁内酯。2.为深入理解表面性质对Al2O3-SiO2复合氧化物负载镍催化剂吸附、活化C=O的影响,进一步研究了以Al2O3-SiO2复合氧化物为载体,不同镍含量催化剂的顺酐液相加氢性能。随催化剂中镍含量由5 wt%增加到12.5 wt%, Ni/Al2O3-SiO2催化剂吸附活化氢气能力增强,其加氢活性升高,目标产物γ-丁内酯收率显著增加。镍含量进一步由12.5 wt%增加至20 wt%时,催化剂吸附活化氢气的能力进一步增强,但目标产物γ-丁内酯收率未出现明显增加,归因于过多的镍物种聚集覆盖于催化剂表面,减小了催化剂表面酸性中心数量,减弱了酸强度,降低了催化剂吸附活化(C=O能力,目标产物γ-丁内酯收率基本保持恒定。当镍含量为12.5 wt%时,催化剂的加氢活性与其吸附活化C=O能力达到最佳匹配。3.研究了镍含量分别为5 wt%、12.5 wt%以及20 wP,4的Ni/Al2O3-SiO2催化剂的使用稳定性。结果表明,随催化剂中镍负载量的增加,催化剂表面的酸性中心逐渐减少,酸强度逐渐减弱,减少了加氢过程中与催化剂具有强相互作用的高碳物种的生成,提高了催化剂的使用稳定性。