乳酸脫水制備丙烯酸的催化劑改性研究與應(yīng)用分析.pdf

1、隨著環(huán)境的不斷惡化以及不可再生化石資源的短缺，開展以生物質(zhì)乳酸為原料生產(chǎn)丙烯酸的研究具有重要的理論意義和使用價值。本文以提高乳酸脫水制丙烯酸的選擇性和催化劑的穩(wěn)定性為目標，以不同體系合成的ZSM-5（有模板合成與無模板合成）為催化劑母體，主要通過先采用不同濃度的堿溶液對ZSM-5做初步處理，再以此為基礎(chǔ)進一步采用浸漬法改性，即用不同的磷酸鹽、金屬鹽進行改性，實現(xiàn)催化劑的優(yōu)化，以提高其催化乳酸脫水制丙烯酸的選擇性。主要內(nèi)容如下：
　

2、?。?）本文首先應(yīng)用KOH溶液對ZSM-5分子篩（含模板合成與無模板合成）進行初步處理，一方面消除分子篩表面的強酸性位點，減少副產(chǎn)物乙醛的生成；另一方面在不破壞分子篩骨架的情況下改變分子篩內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)與孔徑分布，減少微孔數(shù)量，增加微介孔比例使反應(yīng)物能夠更好進入催化劑內(nèi)部，提高催化劑的反應(yīng)效率，并且有利于生成物在孔道內(nèi)的擴散，降低各種物質(zhì)在孔道內(nèi)堆積結(jié)焦的機會，延長催化劑使用壽命。
　?。?）對經(jīng)過KOH改性后的含模板合成ZSM-5

3、負載不同的鉀金屬鹽（KCl、KNO3、K2CO3），考察其對催化劑催化性能的影響。實驗結(jié)果表明，負載2wt% KCl的催化劑對丙烯酸選擇性最高為69.5%。
　　為進一步提高催化劑對丙烯酸的選擇性，在經(jīng)過堿改性與鉀鹽負載的基礎(chǔ)上，繼續(xù)浸漬一系列不同種類的堿土金屬硝酸鹽（Mg(NO3)2、Ca(NO3)2、Ba(NO3)2）。實驗結(jié)果表明，利用Ca(NO3)2負載的催化劑對丙烯酸選擇性最高，經(jīng)過對其改性條件的優(yōu)化確定最終改性參數(shù)，并

4、測定催化劑的穩(wěn)定再生性。反應(yīng)進行的前65h內(nèi)，丙烯酸的選擇性比較穩(wěn)定，均在75%以上，最高可以達到78.8%，乳酸轉(zhuǎn)化率基本能夠保持在98%以上。
　　（3）對經(jīng)過KOH改性后的無模板合成ZSM-5用一系列不同種類的磷酸鹽（NaH2PO4、Na2HPO4、KH2PO4、K2HPO4）進一步改性。研究結(jié)果表明，K2HPO4溶液改性后的催化劑對丙烯酸的選擇性最好，當K2HPO4負載量為2wt%時，改性所得催化劑的丙烯酸選擇性最高，可達

5、80.2%。在一定的反應(yīng)條件下測試了催化劑的穩(wěn)定性和再生性，研究結(jié)果表明：在最佳條件下，乳酸轉(zhuǎn)化率為99.3%，丙烯酸的選擇性為80.2.%，運行78h后，乳酸的轉(zhuǎn)化率依然在99%以上，丙烯酸的選擇性也在73%左右。
　　（4）利用化工模擬軟件Aspen Plus對反應(yīng)過程以及產(chǎn)物的分離進行工業(yè)模擬與經(jīng)濟分析，通過對工藝中設(shè)備安裝、運轉(zhuǎn)以及物料的投資等的估算考察乳酸脫水制備丙烯酸工藝的經(jīng)濟價值與可操作性，為今后該工藝的工業(yè)化提供理