论文部分内容阅读
随着人类社会的高度发展，化石燃料短缺和环境污染问题日益严重。从可持续发展的角度来看，人们越来越重视对绿色清洁的可再生资源的研究。将木质纤维素生物质转化为所需的化学品和燃料对于减少对化石燃料的依赖具有重要的意义。纤维素作为含量最丰富的生物质资源，将其催化转化为低碳醇（乙二醇、1，2-丙二醇等）是一条高效的生物质资源利用途径，具有广阔的应用前景。
钨基催化剂对纤维素催化转化为低碳醇过程中的逆羟醛缩合反应具有优异的催化活性，金属Ni具有良好的催化加氢能力。本文通过浸渍法将Ni、W组分负载到MIL-125(Ti)上，然后在氩气氛围下煅烧，最后通过氢气还原法制备出基于MIL-125(Ti)的Ti-W-Ni催化剂。将催化剂样品用于纤维素催化转化制备低碳醇的反应来考察其催化性能，通过控制单一变量法，考察活性组分的负载量、催化剂的制备条件和实验条件对Ni-W/M催化剂催化纤维素制备低碳醇的影响。研究结果显示，当Ni、W负载质量分数均为20 wt%、煅烧温度为500℃、煅烧时间为4 h、初始氢气压力为4 MPa、反应温度为245℃、反应时间为2 h时，Ni-W/M催化剂催化纤维素转化为低碳醇具有最高产率，纤维素的转化率达到了 100%，低碳醇的总收率是 83.9%，其中主要目标产物乙二醇的收率是68.7%，1，2-丙二醇的收率是6.5%。
通过BET、XRD、SEM、TEM、XPS、Raman、NH3-TPD等表征手段研究催化剂的形貌结构、元素价态、化学键和酸性位点等性质，分析Ni-W/M催化剂在结构上的优势。结果表明，Ni-W/M催化剂能够保持原有的MOF骨架不坍塌，在表面形成了Ti-O-W键，且具有比表面积大（102.77 m2/g）、平均孔径合适（6.35 nm）、各活性组分分散均匀和酸性位点多等优势。
对Ni-W/M催化剂进行稳定性实验测试的结果表明，由于Ni-W/M催化剂上活性组分W通过形成的Ti-O-W键与TiO2载体相连接，减少了活性组分W在反应过程中的流失，从而能够有效保持催化剂的催化活性。Ni-W/M 催化剂在反应前后结构没有明显变化，表明其具有稳定的结构。在循环实验中纤维素转化率和乙二醇产率没有明显下降，纤维素的转化率仍保持为100%，目标产物乙二醇的产率仍高于67.1%。
根据实验结果分析，提出Ni-W/M催化剂催化转化纤维素制备低碳醇的主要反应路径。首先纤维素在 Ni-W/M 催化剂的强酸性位点和高温水产生的 H+的共同作用下被水解为葡萄糖；然后在活性组分 W 的作用下葡萄糖发生逆羟醛缩合反应得到乙醇醛等中间产物；最后在金属 Ni 的催化下发生加氢反应生成乙二醇等低碳醇产物。本实验的研究工作为催化剂的制备和催化剂稳定性的增强提供了一种新的思路。
钨基催化剂对纤维素催化转化为低碳醇过程中的逆羟醛缩合反应具有优异的催化活性，金属Ni具有良好的催化加氢能力。本文通过浸渍法将Ni、W组分负载到MIL-125(Ti)上，然后在氩气氛围下煅烧，最后通过氢气还原法制备出基于MIL-125(Ti)的Ti-W-Ni催化剂。将催化剂样品用于纤维素催化转化制备低碳醇的反应来考察其催化性能，通过控制单一变量法，考察活性组分的负载量、催化剂的制备条件和实验条件对Ni-W/M催化剂催化纤维素制备低碳醇的影响。研究结果显示，当Ni、W负载质量分数均为20 wt%、煅烧温度为500℃、煅烧时间为4 h、初始氢气压力为4 MPa、反应温度为245℃、反应时间为2 h时，Ni-W/M催化剂催化纤维素转化为低碳醇具有最高产率，纤维素的转化率达到了 100%，低碳醇的总收率是 83.9%，其中主要目标产物乙二醇的收率是68.7%，1，2-丙二醇的收率是6.5%。
通过BET、XRD、SEM、TEM、XPS、Raman、NH3-TPD等表征手段研究催化剂的形貌结构、元素价态、化学键和酸性位点等性质，分析Ni-W/M催化剂在结构上的优势。结果表明，Ni-W/M催化剂能够保持原有的MOF骨架不坍塌，在表面形成了Ti-O-W键，且具有比表面积大（102.77 m2/g）、平均孔径合适（6.35 nm）、各活性组分分散均匀和酸性位点多等优势。
对Ni-W/M催化剂进行稳定性实验测试的结果表明，由于Ni-W/M催化剂上活性组分W通过形成的Ti-O-W键与TiO2载体相连接，减少了活性组分W在反应过程中的流失，从而能够有效保持催化剂的催化活性。Ni-W/M 催化剂在反应前后结构没有明显变化，表明其具有稳定的结构。在循环实验中纤维素转化率和乙二醇产率没有明显下降，纤维素的转化率仍保持为100%，目标产物乙二醇的产率仍高于67.1%。
根据实验结果分析，提出Ni-W/M催化剂催化转化纤维素制备低碳醇的主要反应路径。首先纤维素在 Ni-W/M 催化剂的强酸性位点和高温水产生的 H+的共同作用下被水解为葡萄糖；然后在活性组分 W 的作用下葡萄糖发生逆羟醛缩合反应得到乙醇醛等中间产物；最后在金属 Ni 的催化下发生加氢反应生成乙二醇等低碳醇产物。本实验的研究工作为催化剂的制备和催化剂稳定性的增强提供了一种新的思路。