糠醛和乙酰丙酸均是重要的生物質(zhì)平臺(tái)化合物,通過(guò)加氫反應(yīng)可以制備多種高附加值化學(xué)品和燃料。高效穩(wěn)定的催化劑對(duì)兩者的加氫反應(yīng)極為重要,目前對(duì)催化劑的研究主要集中在多金屬催化劑且載體大多為金屬氧化物,對(duì)碳基非貴金屬催化劑的研究較少。以生物質(zhì)為原料,可制備功能性碳材料,應(yīng)用于吸附,電極材料,催化劑載體等方面,其中,碳材料由于自身優(yōu)異的特性適合做催化劑載體�；诖�,本課題以柚子皮為原料,發(fā)展了一種簡(jiǎn)單綠色的生物質(zhì)碳基材料負(fù)載納米金屬催化劑的制備方法,同時(shí)對(duì)催化劑形成機(jī)理進(jìn)行了探究,并通過(guò)糠醛和乙酰丙酸的加氫反應(yīng)對(duì)催化劑的加氫性能進(jìn)行了研究。生物質(zhì)碳基材料負(fù)載納米金屬催化劑是以柚子皮為碳源,硝酸鹽為金屬源,采用簡(jiǎn)單綠色的原位碳化還原法浸漬煅燒制備而得,共制備了Fe/C,Co/C,Ni/C,Cu/C四種催化劑,其中Ni/C和Cu/C催化劑的粒徑分別為4.2nm和8.6nm。對(duì)催化劑進(jìn)行了一系列的表征,研究發(fā)現(xiàn),即使在沒(méi)有額外還原的條件下,催化劑所負(fù)載的金屬仍能保持還原態(tài)。結(jié)合相關(guān)的參考文獻(xiàn),在文中給出了可能的催化劑形成機(jī)理,為生物質(zhì)原位碳化還原制備碳基金屬催化劑提供了參考。Cu基催化劑通常對(duì)糠醛加氫制備糠醇有較高的選擇性,故將制備所得的Cu/C催化劑用于糠醛加氫反應(yīng)檢測(cè)其加氫性能。對(duì)糠醛溶液濃度,反應(yīng)溫度,反應(yīng)時(shí)間,催化劑負(fù)載量,催化劑煅燒溫度進(jìn)行了考察,在這其中,煅燒溫度會(huì)極大的影響催化劑的粒徑及分散度,導(dǎo)致其催化性能的變化。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn),確定了糠醛加氫反應(yīng)在催化劑煅燒溫度為400℃,反應(yīng)溫度為170℃,H_2壓力為2MPa,反應(yīng)時(shí)間為3 h時(shí),反應(yīng)效果最好,糠醛的轉(zhuǎn)化率和糠醇的選擇性分別高達(dá)99.6%和99.3%,且Cu/C催化劑具有較高的糠醇選擇性,在反應(yīng)溫度升至240℃時(shí),對(duì)糠醇的選擇性仍然保持在97.3%。Cu/C催化劑循環(huán)性能優(yōu)異,在10次循環(huán)后糠醛轉(zhuǎn)化率依舊保持在90%以上(90.3%),沒(méi)有出現(xiàn)明顯的催化劑失活現(xiàn)象。為檢測(cè)Ni/C催化劑的加氫性能,將其應(yīng)用于乙酰丙酸加氫反應(yīng)中。為對(duì)比反應(yīng)效果,采用碳熱還原法制備了活性碳負(fù)載鎳催化劑Ni/AC和生物質(zhì)碳負(fù)載鎳催化劑Ni/DC。三種催化劑在物相組成及形貌上有較大的差異,這種差異導(dǎo)致了它們?cè)谝阴１峒託浞磻?yīng)中不同的催化性能�？疾炝瞬煌磻�(yīng)條件對(duì)乙酰丙酸加氫性能的影響,發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)溫度為160℃,反應(yīng)時(shí)間為3 h,氫氣壓力為4MPa的條件下,反應(yīng)效果最好,乙酰丙酸的轉(zhuǎn)化率和γ-戊內(nèi)酯的產(chǎn)率分別為100%和94.2%。Ni/C催化劑在第六次循環(huán)反應(yīng)中明顯失活,分析表明,其失活原因主要是活性相Ni的氧化及流失。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TQ426;TB383.1
【部分圖文】：

圖 1.1 木質(zhì)纖維素主要組成成分[21]Figure 1.1 The main components of lignocellulose[21]生物質(zhì)，首先要對(duì)其進(jìn)行剖析，將其物理結(jié)構(gòu)是高效利用生物質(zhì)的充分必要條件。如前所轉(zhuǎn)化利用的生物質(zhì)主要為農(nóng)林剩余物，屬于素、半纖維素、木質(zhì)素和其他微量組分如無(wú)，它由葡萄糖組成，在有機(jī)物中占有很大比例成成分，它由五碳糖和六碳糖組成，是一種異，它是一種復(fù)雜的酚類(lèi)化合物，由三種醇單體組醇。不同的生物質(zhì)三種主要成分的比例不同，維素，半纖維素和木質(zhì)素分別占 15-20%，25-3幾種生物質(zhì)組成如表 1.1。

35-40 17-35 33-41 32-36 28-36 12-29 25-45 28-32 ，簡(jiǎn)單的燃燒絕非生物質(zhì)利用的最佳手段，將其制備其用，包括溶劑，液體燃料，化學(xué)品等。直接燃燒是類(lèi)在進(jìn)入煤炭時(shí)代之前是以燒木柴為主，這種利用方化為熱能，生物質(zhì)燃燒發(fā)電廠(chǎng)就是采取這種利用方式方式：物理轉(zhuǎn)化，化學(xué)轉(zhuǎn)化和生物轉(zhuǎn)化。物理轉(zhuǎn)化是固體燃料用來(lái)直接燃燒，通過(guò)對(duì)原料的壓縮，可以減和燃燒設(shè)備的空間利用率�；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化中重要的一個(gè)解技術(shù)、高溫干餾技術(shù)、氣化技術(shù)和液化技術(shù)。熱化低的生物質(zhì)資源通過(guò)加氫脫氧，轉(zhuǎn)化為高品位的燃轉(zhuǎn)化技術(shù)包括生物質(zhì)水解技術(shù)，厭氧發(fā)酵技術(shù)和生物和對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品如圖 1.2 所示。

為重要的生物質(zhì)平臺(tái)化合物，可以通過(guò)各類(lèi)反應(yīng)制備高氧化反應(yīng)可以制備糠酸，呋喃甲酸等[37]；通過(guò)加氫反應(yīng)可lcohol,FA），四氫糠醇（Tetrahydrofurfurylalcohol,THF）uran,2-MF），2-甲基四氫呋喃（2-methyltetrahydrofuran,三聚氰胺或丙酮進(jìn)行縮合反應(yīng)制備熱塑性樹(shù)脂，塑料等還可以通過(guò)加氫脫氧提高其能量密度，制備一系列的呋

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