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Pickering乳状液体系催化合成MAL过程研究

文献类型:学位论文

作者赵辉
答辩日期2021-06-01
文献子类博士
授予单位中国科学院过程工程研究所
导师李春山
关键词甲基丙烯醛,Pickering乳状液,固定床,界面调控,催化效率
英文摘要

甲基丙烯醛(MAL)是生产甲基丙烯酸甲酯的重要中间体,由甲醛、丙醛在伯胺或仲胺催化剂作用下经缩合反应获得。该反应是典型的液相间歇性过程,分离回收过程的高温会造成催化剂的失活及损失。本论文通过Pickering乳状液将催化剂“固载”于SiO2颗粒稳定的微米级液滴中,并将其装填于固定床反应器内,建立了甲醛、丙醛缩合制备MAL的连续化反应过程,实现了液体催化剂的“固载化”,为催化剂/产品的分离过程提供了一种全新的形式,解决了液相催化剂回收再利用的难题,具体研究内容如下:(1)制备了系列不同润湿性的SiO2颗粒乳化剂,通过硅烷试剂修饰引入疏水烷基链,从而赋予SiO2颗粒油水两相界面活性,考察了烷基链种类、硅烷试剂用量对颗粒表面润湿性的影响,以及对颗粒成乳能力的影响。结合元素分析、润湿性、界面张力等表征手段,获得颗粒乳化剂表面性质与润湿性的关系,进而获得w/o型Pickering乳状液的构筑规律。(2)构筑了3.0 MTMS-SiO2稳定的Pickering乳状液,考察了颗粒乳化剂用量对Pickering乳状液形成及体系稳定性的影响,揭示了Pickering液滴尺寸、界面性质的调控规律;将Pickering乳状液用于甲醛、丙醛固定床连续化合成MAL的反应过程,通过Pickering液滴尺寸调控,获得了反应体系界面性质与催化效率的“构效”关系;在优化的工艺条件下,反应可以连续稳定运行至少150 h,丙醛转化率达到100%。(3)基于Pickering乳状液催化体系的反应规律,开发了表面活性剂(MG)和颗粒(3.0 MTMS-SiO2)双乳化剂稳定的Pickering乳状液,有效降低了油水两相界面张力,减小了Pickering液滴尺寸,进一步增大了反应界面面积,提高了乳状液体系的催化性能。并且,Pickering乳状液的热稳定性及流变性能得到明显改善,在体系的最大流速下可以稳定流动至少100 h,反应稳定后丙醛转化率达到100%,MAL收率>95%。(4)以Pickering乳状液作为模板,设计并制备了交联Pickering液滴,利用液滴内部交联形成的多孔网络结构进一步实现离子液体催化剂的“固载化”以及反应催化效率的提高,通过元素分析、BET等表征手段,揭示了反应物及产物在不同孔结构中的转化机制。(5)分别建立了间歇反应、Pickering乳状液连续化反应的全工艺流程,阐明了Pickering乳状液催化体系从反应过程到分离过程的优势。除此之外,通过分析界面张力与颗粒乳化剂表面润湿性的关系探究了不同两相体系的成乳规律,形成了在一定范围内适用的Pickering乳状液构筑方法。

语种中文
源URL[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60840]  
推荐引用方式
GB/T 7714
赵辉. Pickering乳状液体系催化合成MAL过程研究[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2021.

入库方式: OAI收割

来源:过程工程研究所

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