甲酸液相分解镍基复合催化剂的应用

  本文针对工业上普遍存在的N, N-二甲基甲酰胺(DMF)分解产生甲酸，影响产品质量和回收率等生产难题，根据低浓度甲酸催化分解的原理，制备催化甲酸分解镍基复合催化剂，并对其应用性能进行研究。
论文采用沉淀法，以Ni(NO3)2·6H2O为主盐，掺杂第二活性组分金属Zn(NO3)2·6H2O，以体积比4:1的乙醇-水溶液为溶剂，以草酸作为沉淀剂，并通过辅助剂柠檬酸进行改性，在适宜温度下沉淀、过滤、干燥、焙烧后制备镍锌复合催化剂。通过改变制备条件，发现在镍锌摩尔比1：1.5复合，柠檬酸添加量20%（质量比），60℃反加沉淀，60℃老化4 h，500℃氮气氛围中焙烧4h时，制得有较高催化活性的镍锌复合催化剂。对催化剂进行催化分解实验，在催化剂用量为17.5g·L-1时，对含甲酸4%（质量）的甲酸-DMF溶液的催化分解率为92.70%。
制备的镍基复合催化剂紧贴实际工艺，具有对甲酸催化分解活性高、对环境污染轻微、工艺简单，原料价格便宜，应用效果良好等特点。
关键词 甲酸 镍基复合催化剂 催化分解
目录
第1章 引 言 1
1.1 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的物化性质 1
1.2 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的生产方法 3
1.2.1 二甲胺-甲酸甲酯法 3
1.2.2 CO一步法 5
1.2.3 三氯乙醛和二甲胺合成法 5
1.2.4 氢氰酸-甲醇法 6
1.2.5 氨化-羰化法 6
1.3 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)国内外的市场状况 6
1.3.1 国内DMF发展史 6
1.3.2 国外DMF发展史 7
1.4 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的主要应用 9
1.4.1 气体选择性溶剂 9
1.4.2 树脂溶剂 10
1.4.3 纺丝溶剂 10
1.4.4 用于皮革方面 10
1.4.5 聚氨酯涂料系列溶剂 10
1.4.6 尼龙涂料系列溶剂 10
1.4.7 用作颜料的溶剂 10
1.4.8 选择性萃取剂 11
1.4.9 结晶和提纯 11
1.4.10 反应介质 11
1.4.11 用于染料方面 12
1.4.12 用于农药方面 12
1.4.13 用于医药方面 12
1.5 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)工业废水的来源及危害 12
1.6 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的工业废水处理方法 13
1.6.1 物化法 14
1.6.2 生化法 14
1.6.3 超临界水氧化法 15
1.6.4 化学法 15
1.7 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的工业废水回收工艺 15
1.8 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)含甲酸有机废水处理方法 16
1.9 镍基催化剂 17
1.9.1 镍基催化剂简介 17
1.9.2 镍基催化剂的制备 17
1.10 镍基催化剂对甲酸的分解机理 18
1.11 常用催化剂成型研究方法 19
1.11.1 油中成型 19
1.11.2 挤出成型 19
1.11.3 压片成型 20
1.11.4 转动成型 20
1.13 课题研究的意义及主要内容 21
第2 章 实验内容 22
2.1 实验药品 22
2.2 实验仪器与装置 23
2.2.1 实验主要仪器 23
2.2.2 实验装置图 23
2.3 镍锌复合催化剂制备方法与步骤 25
2.4 镍锌复合催化剂成型方案的研究 27
2.4.1 催化剂成型的实验方案 27
2.4.2 催化剂成型的制备流程及步骤 27
2.5 原液的配制 28
2.6 甲酸浓度分析方法 28
2.6.1 配制碱标准溶液 28
2.6.2 酸碱滴定测定甲酸溶液酸度 29
第3章 实验结果及分析 30
3.1 催化剂不同制备条件考察 30
3.1.1 第二活性组分的筛选 30
3.1.2 复合催化剂镍锌配比 31
3.1.3 辅助剂添加量 31
3.1.4 焙烧条件的影响 33
3.2 镍锌催化剂的表征 34
3.3 镍锌复合催化剂原粉对甲酸-DMF溶液中甲酸的分解性能 35
3.3.1 反应时间 35
3.4 成型后催化剂对甲酸-DMF溶液中甲酸的分解性能 37
3.4.1 不同质量分数水溶性淀粉对活性的影响 37
3.4.2 不同质量分数PEG20000对活性的影响 38
3.5 成型催化剂加入量对活性的影响 39
结论 41
致谢 42
参考文献 43
课题研究的意义及主要内容
本论文采用沉淀法，以Ni(NO3)2·6H2O及Zn(NO3)2·6H2O为主盐制备Ni-Zn复合催化剂，主要研究内容包括：
1）镍锌不同配比，主要考察不同镍锌比对镍锌复合催化剂催化性能的影响：
2）辅助剂的添加，主要考察辅助剂用量对镍锌复合催化剂催化性能的影响；
3) 镍锌复合催化剂的制备，主要考察焙烧氛围、时间等制备条件对甲酸催化分解效果的影响；
4) 催化剂结构的表征（成分）；
5) 催化剂性能评价研究，主要考察催化剂用量及反应时间等对催化性能的影响；
6) 考察不同用量操作条件(粘合剂、扩孔剂)对镍锌复合催化剂催化活性的影响；
7) 考察成型催化剂的加入量对甲酸分解反应的影响；