论文总字数：27350字

摘 要

鉴于石油资源的日益减少和全球气候变暖，可再生资源的利用越来越得到重视，人们需要一种清洁无污染而且节能的方式来生产他们所需的产品。1,3-PDO作为一种重要的工业原料，具有很高的经济价值，可以通过介孔Cu-WO₃-ZrO₂催化剂催化甘油氢解来获得，在酸性条件下反应，产物转化率和选择性相对较高，是一种低成本、可靠、绿色的方法。

本次研究的基本内容：用溶胶凝胶法进行催化剂的制备,获得一系列由不同WCl₆含量制备的催化剂，再利用氮气的吸附脱附、XRD、BET 等手段对上面所制得的催化剂进行了表征，选择出符合要求的催化剂。

关键词：溶胶凝胶法 甘油 氢解 1,3-PDO

Preparation of mesoporous Cu-WO₃-ZrO₂ catalyst and its catalytic performance in hydrogenolysis of glycerol

Abstract

In view of the decreasing oil resources and global warming and the increasing importance attached to the use of renewable resources, people need a clean, pollution-free and energy-efficient way to produce the products they need as an important industrial feedstock, It has high economic value and can be obtained by catalytic hydrogenolysis of glycerol over mesoporous Cu-WO₃-ZrO₂ catalyst. Under acidic conditions, the conversion and selectivity of the product are relatively high, which is a low-cost, reliable and green method.

The basic contents of this study: the catalysts were prepared by sol-gel method, and a series of catalysts were prepared by different content of WCl₆. The catalysts were characterized by nitrogen adsorption and desorption. Select the catalyst that meets the requirements.

Key Words: Sol-gel method；Glycerol; Hydrogenolysis；1,3-PDO

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 甘油氢解制备1，2-丙二醇 1

1.2.1 介绍 1

1.2.2 碱性条件 2

1.2.3 酸性条件 4

1.3 甘油氢解制备1，3-丙二醇 5

1.4 本课题研究意义及内容 6

第二章 实验部分 8

2.1 实验试剂和设备 8

2.1.1 实验试剂 8

2.1.2 仪器装置与设备 9

2.2 催化剂的制备 10

2.3 催化剂的表征 10

2.3.1 XRD表征 10

2.3.2 N₂吸附脱附 10

2.3.3 NH₃-TPD表征 10

2.3.4 Py-IR表征 10

2.3.5 UV-vis DRS表征 10

2.3.6 SEM-EDX表征 11

2.3.7 ICP表征 11

2.3.8 TEM表征 11

2.3.9 XPS表征 11

2.4 甘油氢解制备丙二醇反应 11

2.5 实验结果分析 11

2.5.1 产物分析方法 11

2.5.2 校正因子的测定 12

2.5.3 甘油转化率和目标产物选择性计算 12

第三章 实验结果与讨论 14

3.1 甘油氢解反应的结果与讨论 14

3.1.1 XRD表征 14

3.1.2 N₂吸附脱附表征 15

3.1.3 UV-vis DRS表征 16

3.1.4 Py-IR表征 17

3.1.5 XPS表征 17

3.1.6 SEM表征 18

3.1.7 TEM表征 19

3.2 甘油氢解反应的结果与讨论 19

3.2.1 WO₃掺杂量的影响 19

3.2.2 反应温度的影响 20

3.2.3 反应时间的影响 21

3.2.4 反应压力的影响 21

3.3 本章结论 22

参考文献 23

致谢 27

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

可再生生物质生产材料的概念并不新鲜。几千年来，人们一直穿着羊毛衫，建造木屋。即使是第一批人造纤维，也是由木材制成的纤维素。然而，由于发现了大量的石油，研究被转移到了完全合成材料和化学品上。因此，经过100年的研究，石油转化成化学物质的过程变得异常高效，人们可以认为，当今社会不仅对石油需求大，而且对其产品也有很大需求。

然而，廉价石油的大量供应将因储量枯竭而减少，而对这些化学物质的需求只会增加。从石油衍生化学品到生物可再生化学品的转变需要大量的研究工作，因为所使用的原料的性质是完全不同的。催化剂将石油转化为化学物质，而生物质已经高度功能化。因此，在过去100年中开发的催化剂是不能直接适用于生物质原料。相反，需要有选择性地去除催化剂的某些功能^[1]。理想情况下，人们应该利用已经存在于不同类别的生物质能，使用脂肪酸作为洗涤剂，有益于氨基酸中的氮，并保护糖和多元醇中的羟基，尤其是碳水化合物的转化而不是碳氢化合物。有趣的是，因为它们是以纤维素和半纤维素的形式存在，所以很丰富。

本综述涉及多元醇的选择性转化，这些高氧化合物可以转化成大量有用的化学物质，如甘油。因此，如何通过有效、经济的催化剂将甘油选择性氢解获得1,3-PDO，成为了研究的热点。

1.2 甘油氢解制备1，2-丙二醇

1.2.1 介绍

甘油是从生物质中容易获得的最小的多元醇。它是甘油三酯的主干，约占总生物量的10%。甘油是生物柴油生产的副产品。虽然本综述的重点是催化脱水和还原，但通过氧化、酯化和醚化，可以得到一系列的产品，强调了该产品的多功能性。

脱水和脱羟基路线不同，导致不同的产物，一些中间点是分支点。通过选择合适的分解剂和条件，可以将选择指向这两种产品中的任何一种。与3-羟基丙醛相比，合成乙酰丙醇的初始脱水反应具有热力学优势。此外，当3-羟基丙醛生成时，随后的脱水反应形成了丙烯醛。在热力学上比加氢制1,3-丙二醇的可能性更大。这说明了在获得较高的1,3-丙二醇选择性方面的困难，也可以推断出1,3-丙二醇的形成是由运动控制的。

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