摘 要

乙醇和异丙醇是重要的化工材料，在各个领域内应用广泛。乙酸异丙酯催化加氢制乙醇和异丙醇目前来说是一条新兴的绿色工艺路线，在各个方面具有重要的学术意义和应用前景。有研究表明，Cu与n型半导体化合物ZnO之间电子的迁移会产生氧空位，增强对氢气的吸附能力，并能有效促使C=O键的断裂，降低加氢过程的表观活化能。本论文采用选定了六种n型半导体氧化物，采用共沉淀法制备了CuO-ZnO、CuO-Fe₂O₃、CuO-CeO₂、CuO-TiO₂、CuO-BaO、CuO-SnO₂六种Cu基催化剂，并用于催化醋酸异丙酯加氢反应以进行催化性能评价，着重研究Cu与n型半导体化合物相互作用下生成的铜基催化剂对该反应体系加氢性能的影响。借助X射线衍射(XRD)，H₂程序升温还原(H₂-TPR)，N₂O氧化滴定、ICP元素分析、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)等表征手段，分析对比6种氧化物催化剂对Cu的分散度、Cu活性位比表面积、表面酸性等的影响以及与Cu之间的电子迁移情况，及6种氧化物各自对最终对反应结果的影响。同时研究了Cu/Zn摩尔比对催化醋酸异丙酯加氢反应性能的影响。结果发现：6种Cu基催化剂的催化性能差别较大，其中Cu-ZnO催化剂表现出了良好的催化活性和主产物的选择性，且在Cu/Zn摩尔比为2时，Cu-ZnO催化性能最好。

关键词：n型半导体氧化物 醋酸异丙酯 加氢 乙醇 异丙醇

Abstract

Alcohol and isopropanol are important chemical materials, which have been widely used in food, medicine, electronics, commodity, gasoline additives and other fields. Synthesizing alcohol and isopropanol through the hydrogenation of isopropyl acetate is a new green process route, which has important academic and applied significance. Catalyst is the key to synthesize alcohol and isopropanol through the hydrogenation of isopropyl acetate. Ethanol and isopropanol were prepared from the hydrogenation of isopropyl acetate on copper-based catalysts with different n-type semiconductor oxides(ZnO，Fe₂O₃，CeO₂，TiO₂，BaO，SnO₂) prepared by co-precipitation method．The catalytic performances and properties were characterized by X-ray diffraction (XRD) ，H₂ temperature programmed reduction (H₂-TPR)，N₂O oxidation titration，ICP element analysis，and NH₃ temperature programmed desorption (NH₃-TPD)．The effects of different oxides on copper dispersion，the specific surface area of the copper active site，surface acidity，the electronic migration between copper，and the ultimate effects on the reaction were investigated．Different Cu/Zn loadings have been examined extensively. Results showed that the catalytic performance of the six catalysts is quite different, in which the Cu-ZnO catalyst exhibits good catalytic activity and selectivity of the main product, and the catalytic performance of Cu-ZnO is the best when the Cu/Zn molar ratio is about 2.

KEYWORDS: n-type semiconductor oxides; isopropyl acetate; hydrogenation; ethanol; isopropano

目录

第一章 前言 1

1.1 课题背景 1

1.2 乙醇简介 1

1.2.1 乙醇的应用 1

1.2.2 乙醇的合成 2

1.3 异丙醇的简介 4

1.3.1 异丙醇的应用 4

1.3.2 异丙醇的合成 4

1.4 乙酸异丙酯简介 5

1.4.1 乙酸异丙酯的应用 5

1.4.2 乙酸异丙酯的合成 5

1.5 乙酸酯加氢研究进展 6

1.5.1 乙酸酯加氢原理 6

1.5.2 催化剂研究进展 7

1.5.3 催化机理与动力学研究进展 8

1.6 论文研究思路 9

第二章 实验部分 10

2.1 实验试剂和仪器 10

2.1.1 实验气体及试剂 10

2.1.2 实验主要仪器 11

2.2 催化剂制备 11

2.3 催化剂性能评价 12

2.3.1 催化剂性能评价装置 12

2.3.2 反应产物分析及定量方法 13

2.4 催化剂的表征 15

第三章 结果与讨论 17

3.1 催化剂的性能结果 17

3.2 催化剂的表征结果 18

3.2.1 X射线衍射（XRD） 18

3.2.2 程序升温还原（H₂-TPR） 18

3.2.3 铜的表面分散度 20

3.2.4 ICP元素分析 20

3.2.5 程序升温脱附（NH₃-TPD） 21

3.3 Cu/Zn摩尔比对催化性能的影响 23

3.3.1 催化剂的性能结果 23

3.3.2 X射线衍射（XRD） 24

3.3.3 程序升温还原（H₂-TPR） 25

3.3.4 铜的表面分散度 26

第四章 结论与展望 28

参考文献 29

致谢 31

第一章 前言

1.1 课题背景

在基础化工产品中，乙醇以及异丙醇占有重要地位，广泛地应用于各个领域如食品、医药、电子、日用化学、汽油添加剂等，不可或缺。乙醇还作为一种绿色燃料，清洁能源被广泛应用，车用乙醇汽油的前景更是十分广阔^[1,2]。

异丙酮是一种重要的化工产品，其作为原料和溶剂在诸多行业中应用广泛，同时也是合成其他化工产物的重要一环，研发新型绿色的生产工艺具有重要的经济意义。

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