旋转填充床中纳米Ni基催化剂催化肉桂醛加氢机理研究

Nano-catalysis technology is an emerging forefront technology in industrial catalysis and has the advantages of high efficiency, mild operation conditions and easy recovery of the catalyst, etc. Due to the high specific surface area and easy agglomeration of nano-catalyst, nano-catalysis has strict requirements for mixing and mass transfer. Therefore, this project proposes the catalytic hydrogenation of cinnamyl aldehyde by nano-Ni based catalysts in a rotating packed bed (RPB) to achieve the uniform mixing and fast mass transfer in terms of the advantages of the RPB in intensifying micro-mixing and mass-transfer, aiming at significantly enhancing the hydrogenation efficiency. The catalytic mechanism, reaction kinetics and the rules of mixing and mass transfer of the nanocatalysis process in the RPB will be investigated, and the corresponding theoretical models will be established. Based on this, the effect of operating parameters on hydrogenation will be studied, and a novel catalytic hydrogenation process of cinnamyl aldehyde by nanocatalyst in the RPB will be developed. This project will provide a novel technical route for catalytic hydrogenation of organic phase and lay a theoretical foundation for its industrialization.

纳米催化技术是工业催化中一种新兴的前沿技术，具有高效、反应条件温和、催化剂易回收等优势。由于纳米催化剂比表面积高、易团聚，纳米催化技术对混合和传质提出了很高的要求。因此，本项目提出利用旋转填充床（RPB）在强化微观混合和多相传质方面的优势，进行RPB内纳米Ni基催化剂催化肉桂醛加氢的研究，以实现该过程的均匀混合和快速传质，达到显著提高加氢效率的目的。研究该催化加氢过程的催化机理、反应动力学，以及该过程的混合和传质规律，并建立其理论模型；以此为基础研究工艺参数对加氢效果的影响规律，形成RPB中纳米催化肉桂醛加氢新工艺，为有机相催化加氢提供一条新颖的技术路线，并奠定其工业应用的理论基础。

纳米催化技术是工业催化中一种新兴的前沿技术，具有高效、反应条件温和、催化剂易回收等优势，可有效解决非均相催化和均相催化中遇到的催化效果和分离不能兼顾的问题。但由于纳米催化剂比表面积高、易团聚，该技术对混合和传质提出了很高的要求。因此，本项目提出利用旋转填充床（RPB）在强化微观混合和传质方面的优势，提出开展RPB内纳米催化肉桂醛加氢的研究，以实现该过程的均匀混合和快速传质，达到显著提高加氢效率的目的。研究该催化加氢过程的催化机理、反应动力学、混合和传质规律，并建立其理论模型；以此为基础研究工艺参数对加氢效果的影响规律，形成RPB中纳米催化肉桂醛加氢新技术，项目研究为有机相催化加氢提供一条新颖的技术路线，并奠定其工业应用的理论基础。具体研究内容如下：.1）开展了RPB内液相还原法制备纳米Ni基催化剂研究，考察了各工艺参数对纳米Ni催化剂的形貌和粒径的影响规律，确定了适宜工艺条件，制备出平均粒径为42 nm、粒径分布为30-60 nm的FCC型纳米Ni催化剂，并制备出Ni掺杂Pt纳米催化剂。.2）采用纳米Ni及催化剂 -乙醇/肉桂醛-H2多相体系，开展了纳米Ni-Pt催化肉桂醛加氢本征反应动力，获得了本征反应速率的数学模型和RPB反应器内的反应速率方程；研究了在RPB内各操作参数对纳米催化剂分散效果的影响规律，探索出其分散机制，并建立了分散模型，模型计算的平均粒径与实验值吻合良好，误差在10%以内；以CO2-DETA为模型体系，研究其强化传质机理，并建立了RPB内反应传质模型。.3）采用纳米Ni基催化剂-乙醇/肉桂醛-H2多相体系，研究了STR内各工艺参数对肉桂醛加氢效果的影响规律，确定了适宜的操作参数，肉桂醛转化率约100%，C=C双键的选择性约90%。在此基础上；研究了RPB内关键参数对肉桂醛加氢效果的影响规律，发现RPB强化加氢效果显著。形成了RPB内纳米Ni基催化剂催化肉桂醛加氢的新技术。.目前已发表论文8篇，其中SCI论文7篇，申请发明专利4项，已培养硕士毕业生3名。