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摘 要

糠醛作为一种来源广泛、价格低廉的农业副产品，除了本身具有各方面应用之外，其合成得到的各种化学品也在很多领域发挥着重要的作用，糠醛就是其中一种。糠醛加氢制备糠醇液相催化加氢能耗高，污染严重，无法连续操作，对设备要求严格，限制了其应用及发展，而气相加氢使用固定床反应器，失活后的催化剂可以再生使用，消除了铬的污染问题，并且也降低了能耗。

本文通过共沉淀法制备了CuZnAl催化剂，将其用于固定床反应器中。通过改变催化反应过程中的温度、氢醛比、气体空速等条件，探讨这些条件改变对反应产物的影响。实验证明，合适的反应温度有利于反应速率与反应平衡的最优化，合适的氢醛比有利于生成目标产物，合适的气体空速有利于反应完全。这些条件与其对反应的影响均不存在线性关系。

经过不同条件的对比，得出最优的反应条件为温度180℃、压力0.1MPa；氢醛比5、空速0.3h^-1，反应结果为：转化率为99.4%；选择性为96.9%。

关键词：糠醛 糠醇 气相加氢 CuZnAl催化剂

Hydrogenation of Furfural to Furfuryl Alcohol in Gas Phase

ABSTRACT

Furfural is a wide-spread agricultural by-product with low price. Apart from its own application in the industry, it can be transferred into many different kinds of chemical materials, which are important in many fields. One of them is furfuryl alcohol. The dehydrogenation process in liquid phase consumes high level of power, makes heavy pollutions, works with no continuing operations, and it demands strictly on the equipment, which confines its further application and development. Meanwhile, dehydrogenation in gas phase uses fixed bed reactor and makes use of inactive catalyst, which removes pollutions of Cr and lowers the power consumption.

In this paper, CuZnAl catalyst was prepared by a co-precipitation method and used in fixed bed reactor. We changed conditions such as temperature, ratio of hydrogen to furfural, gas hourly space velocity to study their effects on the result. The results show that appropriate temperature optimizes between reaction velocity and reaction balance, appropriate ratio of hydrogen to furfural benefits the production of target compound, appropriate gas hourly space velocity is useful for complete reaction. Besides, these conditions have no linear relation with their effects on the results.

After comparing different conditions, we found that the best outcome was accomplished when the temperature was 180℃, the pressure was 0.1MPa, ratio of hydrogen to furfural was 5, the gas hourly space velocity is 0.3h^-1. The furfural conversion is 99.4%, while the selectivity to furfuryl alcohol is 96.9%.

Key Words: furfural; furfuryl alcohol; hydrogenation in gas phase; CuZnAl catalyst

目 录

摘 要 Ⅰ

第一章 文献综述 1

1.1 研究背景 1

1.2 糠醛催化加氢工艺 3

1.3 糠醛加氢催化剂制备方法 7

1.3.1 共沉淀法 7

1.3.2 浸渍法 7

1.3.3 溶胶－凝胶法 8

1.4 糠醛加氢催化剂研究进展 9

1.4.1 无铬铜系催化剂 9

1.4.2 骨架型催化剂 10

1.4.3 非晶态合金催化剂 10

1.5 其他反应影响因素 11

1.5.1 助剂 11

1.5.2 催化剂颗粒大小 11

1.6 本课题研究目的与内容 12

1.6.1 本课题研究目的 12

1.6.2 本课题研究内容 12

第二章 实验部分 13

2.1 实验试剂及仪器 13

2.1.1 实验试剂 13

2.1.2 实验仪器 14

2.2 催化剂制备 15

2.3 催化剂活性评价 15

2.3.1 催化剂活性评价装置 15

2.3.2 催化剂活性评价方法 16

第三章 催化剂性能研究 17

3.1 温度对反应的影响 17

3.2 氢醛比对反应的影响 18

3.3 体积空速对反应的影响 19

第四章 结论与展望 21

4.1 结论 21

4.2 展望 21

参考文献 23

致 谢 25

第一章 文献综述

1.1 研究背景

由于越来越高的能源需求、日益严重的环境问题以及石油储备的降低，人类社会急需发现新能源。研究重点聚集在发现新的非化石能源储备，不仅仅是为了利用近年来发展的技术，更是为了回应越来越严重的温室效应。在众多能源储备形式中，木质纤维素是其中一种十分有潜力的可持续可更新的有机碳来源^[1]，从木质纤维素当中提取合成得到的糠醛及其反应之后得到的多种不同的衍生物逐渐得到重视。

1.1.1 糠醛

糠醛，又称2-呋喃甲醛，其学名为α-呋喃甲醛，是呋喃2位上的氢原子被醛基取代的衍生物。它最初从米糠与稀酸共热制得，所以叫做糠醛。糠醛是由戊聚糖在酸的作用下水解生成戊糖，再由戊糖脱水环化而成。生产的主要原料为玉米芯等农副产品，来源广泛，同时可以利用农业废物，产生额外的相对价值。

由于糠醛含有不饱和的C=O和C=C键，因此其化学性质十分活泼，可以发生催化加氢、氧化、缩合等反应，以此制得众多的衍生物，被广泛应用于合成塑料、医药、农药等工业。糠醛分子中的C=O键选择性加氢得到的产物糠醇是一种重要的有机中间体，可用于生产赖氨酸、维生素B1、各种树脂、塑料，还可用作溶剂、增塑剂、分散剂和润滑剂等^[2]。

1.1.2 糠醇

糠醇，化学名为呋喃甲醇、2-羟甲基呋喃，是一种重要的呋喃衍生物^[3]。糠醇是一种化工、轻工的重要有机合成原料，是呋喃树脂、清漆、颜料等的良好溶剂，可以作为火箭燃料，也可以作为选择性溶剂、分散剂、润滑剂，用于糠醇树脂、泥沙醛树脂及酚醛树脂的制备等。此外，还在合成纤维、橡胶、农药等方面有广泛的应用^[4]。

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