钒铌氧化物催化氧化乙二醛制乙醛酸.pdf

万方数据分类号:TQ463+.6 学校编号:10490 学号:201106012 密级: 武汉工程大学学位论文钒铌氧化物催化氧化乙二醛制乙醛酸作者姓名:秦磊指导教师姓名、职称:刘少文教授申请学位类别:工学硕士学科专业名称:化学工程研究方向:工业催化氧化论文提交日期:2014年4月2日论文答辩日期:2014年5月22日学位授予单位:武汉工程大学学位授予日期: 年月日答辩委员会主席:朱岩教授万方数据万方数据 V and Nb Oxidefor the Selective Oxidation of Glyoxal into Glyoxalic Acid A ThesisSubmitted for the Degree of Master Major:Chemical Engineering Candidate: Qin Lei Supervisor: Prof. Liu Shaowen Wuhan Institute of Technology Wuhan, Hubei 430073, P. R. China 万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外, 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名: 20 年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解我校有关保留、使用学位论文的规定, 即:我校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生处可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密Ο,在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密Ο。(请在以上方框内打“√”) 学位论文作者签名: 指导教师签名: 20 年月日 20 年月日万方数据万方数据摘要 I 摘要乙醛酸是一种重要的有机化工中间体,广泛用于香料、化妆品、食品添加剂、医药中间体和精细化学品生产中。目前,乙醛酸的工业生产方法主要是乙二醛硝酸氧化法,该方法存在生产不安全、环境污染严重等问题。本研究提出采用钒铌氧化物催化氧化乙二醛制备乙醛酸,以期改进乙醛酸工业生产中存在的上述问题。首先在双氧水氧化体系中考察了催化剂种类及催化剂用量对乙二醛催化氧化反应的影响。结果表明添加V 2O 5或Nb 2O 5氧化物催化剂后能提高乙醛酸产率, 其中前者的转化率和选择性稍高,但比添加NaNO 2的催化效果稍差,这可能是均相催化比非均相催化效果更好所致。NaNO 2和Nb 2O 5同时使用时,转化率和选择性增加,且在1g Nb 2O 5+1gNb 2O 5/100ml乙二醛(wt30%)催化效果最佳,反应时间2h时分别达到53%和42%。其次,在硝酸氧化体系中考察了催化剂种类、催化剂用量、混合氧化物配比和反应条件对乙二醛催化氧化反应的影响,结果表明Nb 2O 5较V 2O 5具有较好的催化效果。当Nb 2O 5和V 2O 5氧化物混合使用时催化效果与单独使用V 2O 5相比明显改善,Nb 2O 5:V 2O 5配比为3:1时达到最佳。当使用Nb 2O 5时,催化效果最好,催化剂用量以添加1g Nb 2O 5/100ml乙二醛溶液(wt20%)为宜,再增加催化剂用量其催化效果变化不大。经过工艺条件优化,乙二醛质量分数为20%,60%硝酸用量为20ml,Nb 2O 5催化剂用量为1g,反应温度318K,反应时间为2h时,转化率达83%,选择性达78%。在此基础上,采用浸渍法制备SiO 2负载Nb 2O 5催化剂,在硝酸氧化体系中考察其催化性能。考察了焙烧温度、焙烧时间、负载量和催化剂用量对催化性能的影响,通过BET、XRD、TEM和EDS对催化剂结构进行了表征。BET、XRD、万方数据武汉工程大学硕士学位论文 II TEM和EDS结果表明当Nb 2O 5含量较低时,催化剂的活性组分分散度较高,乙二醛的转化率和乙醛酸的选择性随Nb 2O 5含量的提高而增加,当Nb 2O 5负载量高于18wt%之后,Nb 2O 5在载体上大量聚集,减少了活性组分有效位数目,导致乙二醛的转化率和乙醛酸选择性降低;焙烧温度和焙烧时间主要影响活性组分的颗粒大小,较高的焙烧温度和焙烧时间会增大Nb 2O 5颗粒;大部分的Nb 2O 5都附着在载体表面。当Nb 2O 5负载量在18wt%,焙烧温度993K,焙烧时间为2h时, Nb 2O 5/SiO 2具有较高的催化活性与选择性,反应温度318K,反应2h,乙二醛的转化率达到85%,乙醛酸的选择性为87%。N