镍基催化剂催化乙酰丙酸加氢制备γ-戊内酯

摘要：随着煤炭、石油等化石资源的快速消耗，寻找可持续的替代资源刻不容缓。生物质资源丰富且可再生，但由于其结构复杂，难以高效转化为液体燃料和各种化工产品。 γ-戊内酯（gamma-，GVL）作为一种新兴的平台化合物，可以作为生物质资源、生物液体燃料和各种化工产品之间的桥梁，为生物质资源的高效利用做出贡献。以生物质乙酰丙酸为原料，通过催化加氢转化，是制备γ-戊内酯的可行途径。目前的研究工作主要集中在贵金属催化剂催化加氢领域，而非贵金属催化剂领域的研究很少。贵金属催化剂成本较高，阻碍了γ-戊内酯制备的工业化进程。针对这一问题，本文开发了一种镍基催化剂，用于催化乙酰丙酸加氢制备γ-戊内酯，并探讨了该镍基催化剂的催化机理和加氢反应规律，建立了一种高效、低能耗的加氢催化剂。成本γ-戊内酯。酯制备新方法。本文首先采用共沉淀法制备了不同镍含量的二氧化锆负载镍催化剂(Ni/ZrO2)。通过氮气物理吸附、X射线衍射、透射电镜等对催化剂进行表征，并评价催化剂的催化加氢性能。考察了不同镍含量、反应温度、反应氢压、反应溶剂对催化活性的影响。结果表明，相同反应条件下，催化剂的镍含量越高，乙酰丙酸的转化率越高，但底物的转化率随着镍含量的增加先升高后降低；温度高有利于加快反应速度，且对产物的选择性影响不大；在实验范围内，反应氢气压力对催化活性基本没有影响；二恶烷作为溶剂，比水更能促进底物的转化。

以二恶烷为溶剂，3 MPa氢气压力，30% Ni/ZrO2为催化剂，200℃反应9小时，乙酰丙酸转化率可达99.1%。然后选择氧化铝作为镍的载体，采用共沉淀法制备了不同镍含量的氧化铝负载镍催化剂(Ni/Al2O3)。对催化剂进行了一系列表征并评估了其催化活性。检查镍含量。、反应温度、反应氢气压力和催化剂用量对催化加氢活性的影响。结果表明，在相同反应条件下，高镍含量的催化剂可以获得更高的乙酰丙酸转化率；提高反应温度可以显着加快反应速率，且不影响γ-戊内酯的选择性；随着反应氢气压力的增加，乙酰丙酸的转化率先增加后趋于平稳；随着催化剂用量的减少，乙酰丙酸的转化率迅速下降。然后选取40%Ni/Al2O3进行重复使用性能测试。结果表明，该催化剂在水中容易失活，但在二恶烷中仍能保持良好的催化活性。在二恶烷中，在180℃、3 MPa氢气压力下，以40% Ni/Al2O3为催化剂，反应2小时后，乙酰丙酸的转化率可达100%，γ-戊内酯的选择性可达99.2 %。。最后，为了进一步提高反应效率，在Ni/Al2O3载体中添加MgO，通过共沉淀法制备了不同镍含量、不同载体组成的氧化镁-氧化铝负载镍催化剂(Ni/MgO-Al2O3)。方法。对催化剂进行一系列表征并评估其催化活性。

镍含量对催化活性的影响与上述两类催化剂一致。然后研究了载体组成对催化活性的影响。结果表明，Mg0和Al2O3组成的载体比单独的载体效果更好，但不同镁铝比的影响没有明显的规律。选择40% Ni/MgO-Al2O3 (Mg:Al=1:1)进行重复使用性能测试。催化剂重复使用四次。乙酰丙酸的转化率仅略有下降，而γ-戊内酯的选择性仍保持在较高水平。，重复使用性能好。在二恶烷中，40% Ni/MgO-Al2O3 (Mg:Al=1:1) 催化乙酰丙酸加氢转化率达到 100%，且仅需要在 160°C 下反应 1 h。结合催化剂表征和反应结果，探讨了催化加氢机理，讨论了氢气压力、溶剂和催化剂载体对反应的影响。