草酸二甲酯催化加氫合成乙二醇催化劑助劑分析

摘 要：在工業(yè)原料中，乙二醇是重要原料之一，在工業(yè)制造中得到廣泛應(yīng)用，如燃料電池、聚酯工業(yè)、阻凍劑等。在傳統(tǒng)制作方法中，主要是基于石油與煤進(jìn)行制作，有另種制作方法，分別是環(huán)氧乙烷水合法以及天然氣與煤C1合成法。近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，乙二醇制作方法也發(fā)生了很大改變，產(chǎn)生了草酸二甲酯催化加氫合成乙二醇，可有效滿足在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中對(duì)于乙二醇原料的需求。本次研究主要分析草酸二甲酯催化加氫合成乙二醇催化劑助劑，研究該制作方法所存在的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，以期為工業(yè)生產(chǎn)提供有效參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：草酸二甲酯;乙二醇催化劑助劑;加氫;催化合成;優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

在工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于乙二醇原料的應(yīng)用十分廣泛，其屬于基礎(chǔ)性化工原料中的一種，能夠應(yīng)用在各種類型的化工產(chǎn)品生產(chǎn)當(dāng)中，如阻凍劑、聚酯纖維等。以往在制作乙二醇時(shí)，采取的是傳統(tǒng)制作工藝，主要是利用乙烯通過環(huán)氧乙烷水進(jìn)行制作。然而隨著不斷被消耗的石油資源，傳統(tǒng)制作方法無法再滿足工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)于乙二醇原料的需求，故而乙二醇制作方法需要得到不斷創(chuàng)新。隨著科技的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了一種新制作方法，即草酸二甲酯加氫合成一種乙二醇催化劑，該制作方法不僅能夠有效彌補(bǔ)在傳統(tǒng)制作工藝上缺乏石油資源的問題，還能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)于乙二醇原料的需求。

1 實(shí)驗(yàn)制作

1.1 選擇實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)試劑

在本次實(shí)驗(yàn)中，所選用的試劑分別是由上海某公司所生產(chǎn)的載體γ-Al2O3、SiO2、KOH、Cu（NO3）2·5H2O以及KBH4，以上所選試劑均是分析純。除此之外，本次實(shí)驗(yàn)中所應(yīng)用的玻璃儀器同樣選擇上海某公司生產(chǎn)產(chǎn)品。

1.2 制作催化劑

在制作草酸二甲酯加氫合成乙二醇催化劑時(shí)，首先需要通過合成CO與CH3ONO，產(chǎn)生出草酸二甲酯（即DMO），之后將氫加入至草酸二甲酯中，最終合成乙二醇催化劑。對(duì)非晶態(tài)催化劑Cu-B/γ-Al2O3進(jìn)行制備時(shí)，共包括四個(gè)制備步驟，其中第一步是將載體γ-Al2O3量取出來，并在溫度為873K狀態(tài)下，持續(xù)進(jìn)行6h的焙燒;第二步是將焙燒之后所得到的載體，分兩次浸泡在銅數(shù)量為1.5倍的硝酸銅溶液當(dāng)中，對(duì)其進(jìn)行過夜浸泡;第三步是將載體取出來，并在溫度為393K的高溫狀態(tài)下，對(duì)載體進(jìn)行8h烘干工作，然后將載體放置燒杯當(dāng)中，使用蒸餾水對(duì)經(jīng)過浸泡的氧化鋁進(jìn)行分次溶解，直至析出無硝酸銅，且溶液顏色變?yōu)闊o色為止;第四步則是在三頸瓶中放置冰水，并將第三步所得出的溶液放置在三頸瓶中，之后將氮?dú)馔ㄈ肫恐校饾u滴入已經(jīng)計(jì)量好的KBH4-KOH溶液，對(duì)其實(shí)施還原工作，直到三頸瓶當(dāng)中不再有氣體釋放出來，并產(chǎn)生出固體催化劑Cu-B/γ-Al2O3，且非晶態(tài)合金催化劑變成黑紅色固體為止。最后則使用蒸餾水多次對(duì)催化劑進(jìn)行沖洗，在完成沖洗工作后，將催化劑放置在無水乙醇中進(jìn)行保存，以待使用。除此之外，在制作Cu-B/SiO2非晶態(tài)合金催化劑時(shí)，其制作方法與制作Cu-B/γ-Al2O3的方法一致。

1.3 合成Cu/SiO2與Cu/γ-Al2O3

待γ-Al2O3溶液干燥之后，采取以1∶1的比例，將其融入至硝酸銅溶液當(dāng)中，經(jīng)過6h持續(xù)浸泡之后，在溫度為393k下連續(xù)進(jìn)行4h干燥;之后在溫度為723k下實(shí)施活化分解，利用氫氣還原之后，產(chǎn)生出催化劑Cu/γ-Al2O3。而對(duì)于催化劑Cu/SiO2的制作，則與制作催化劑Cu/γ-Al2O3方法一致。

1.4 催化劑表征

對(duì)催化劑的孔結(jié)構(gòu)與比表面積進(jìn)行測(cè)定時(shí)，通過在物理吸附儀上使用低溫N2物理吸附法實(shí)施測(cè)定，對(duì)樣品中溫線，如N2吸附、N2脫附等應(yīng)用靜態(tài)法進(jìn)行測(cè)定。在測(cè)試之前，所有需要測(cè)定的樣品應(yīng)當(dāng)在溫度為250℃、10-4Pa條件下實(shí)施干燥工作，之后應(yīng)用光譜儀對(duì)其展開ICP-AES分析，最后應(yīng)用差熱分析儀分析催化劑差熱。除此之外，應(yīng)用濃度含量為10%的草酸二甲酯甲醇溶液來評(píng)價(jià)催化劑。由于本文實(shí)驗(yàn)中所制備出的催化劑Cu-B/SiO2與Cu-B/γ-Al2O3，其自身具備可還原狀態(tài)，故而可直接使用草酸二甲酯甲醇溶液對(duì)其展開評(píng)價(jià);在評(píng)價(jià)催化劑Cu-B/SiO2與Cu-B/γ-Al2O3之前，應(yīng)當(dāng)先在反應(yīng)器中進(jìn)行還原，之后再催化劑展開相關(guān)評(píng)價(jià)工作。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 對(duì)催化劑粉末衍射進(jìn)行分析

通過分析催化劑X-射線粉末衍射所得到的XRD譜圖，不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)非晶態(tài)合金處于負(fù)載狀態(tài)時(shí)，其涵蓋了非晶態(tài)合金載體譜峰和彌散峰相疊加，并且在圖譜當(dāng)中，催化劑Cu-B/SiO2與Cu-B/γ-Al2O3的晶態(tài)峰十分明顯。除此之外，金屬銅含量比較高，當(dāng)非晶態(tài)合金催化劑處在45°時(shí)，其所出現(xiàn)的峰范圍較寬、強(qiáng)度較弱。

2.2 對(duì)催化劑差熱進(jìn)行分析

在研究非晶態(tài)催化劑熱穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)用差熱對(duì)催化劑展開分析。經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)非晶態(tài)合金催化劑在溫度為80℃環(huán)境下進(jìn)行存放時(shí)，催化劑就會(huì)出現(xiàn)脫附峰對(duì)液乙醇進(jìn)行保護(hù);當(dāng)催化劑存放溫度持續(xù)升高時(shí)，催化劑出現(xiàn)更明顯的熱量變化。因此，通過研究能夠得出，若催化劑結(jié)構(gòu)屬于非晶態(tài)合金，那么在加熱狀態(tài)時(shí)，其會(huì)產(chǎn)生較為穩(wěn)定的熱力學(xué)壓，逐漸對(duì)催化劑開始部分晶化或者是全部晶化。由于載體作用力與金屬作用力之間存在一定差異性，故而在對(duì)催化劑進(jìn)行晶化時(shí)，非晶態(tài)合金晶化溫度同樣存在較大的差異性。但是在本研究當(dāng)中，晶態(tài)化催化劑Cu-B/SiO2與Cu-B/γ-Al2O3并未受到加熱對(duì)其的影響，且并無不穩(wěn)定現(xiàn)象出現(xiàn)。

2.3 對(duì)催化劑活性進(jìn)行分析

將氫加入至草酸二甲酯后，所得到產(chǎn)物主要有水、乙醇酸甲酯、醚類、乙醇、乙二醇以及甲醇等物質(zhì)，結(jié)合各種產(chǎn)物的含量，能夠計(jì)算得出草酸二甲酯產(chǎn)物選擇性特點(diǎn)與轉(zhuǎn)化情況。經(jīng)過研究后發(fā)現(xiàn)，對(duì)于催化劑Cu-B/SiO2與Cu-B/γ-Al2O3活性與選擇性上，相較于晶態(tài)狀態(tài)而言，非晶態(tài)催化劑明顯更優(yōu)，這主要是因?yàn)榉蔷B(tài)合金結(jié)構(gòu)較為獨(dú)特，其具備配位不飽和度大、均勻分布活性中心等特點(diǎn)，能夠使得催化劑活性得到有效提高。除此之外，在Cu-B非晶態(tài)合金當(dāng)中，有的電子是由B轉(zhuǎn)移到Cu中，促使Cu發(fā)生電子狀態(tài)，能夠?qū)⒋呋瘎┗钚员砻嫠岫扔行Ы档停M(jìn)而減少醚類物質(zhì)的產(chǎn)生量，從而使得催化劑選擇性能力得到有效提高。再加上SiO2的比表面積比較大，且表面酸度相對(duì)比較低，故而其催化能力更高。

3 結(jié)論

本次研究中，通過分析草酸二甲酯催化加氫合成乙二醇催化劑助劑特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，結(jié)果顯示，催化劑Cu-B/SiO2與Cu-B/γ-Al2O3不僅能夠使得草酸二甲酯加氫活性得到有效提高，還可以將乙二醇選擇性提高。本次研究還顯示，銅含量對(duì)于催化劑所具備的催化作用起著十分重要的作用。在本次實(shí)驗(yàn)中，選擇先合成KBH4-KOH溶液，促使活性金屬能夠得到均勻分散，所制備出的非晶態(tài)催化可實(shí)現(xiàn)良好的催化作用;在草酸二甲酯加氫反應(yīng)當(dāng)中，通過對(duì)比靜態(tài)催化劑與非晶態(tài)催化劑，結(jié)果顯示，非晶態(tài)催化劑所具有的催化活性更高，選擇性也更高，并且還能夠使得合成效率得到有效提高。

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