磷酸锆催化剂作为一种固体酸催化剂,本身无毒无害、绿色环保、热稳定性好、更容易活化再生,反应后与产物分离简单方便,对设备要求不高,有利于工业上连续自动化大批量生产,应用潜力广阔。本文采用直接沉淀法制备磷酸锆催化剂,并采用浸渍法负载单金属和双金属制备MOx/ZrP,以甘油脱水反应为探针,考察催化剂的催化性能。一、磷酸锆的制备、表征及催化甘油性能研究以氧氯化锆为金属源,磷酸二氢铵为沉淀剂,采用直接沉淀法制备了磷酸锆催化剂。运用TG、XRD、UV-vis、TEM、SEM、NH3-TPD、BET等分析方法对样品进行了表征,并优化合成条件。结果表明,采用该沉淀法制备的磷酸锆催化剂为无定形结构,主要由颗粒不规则堆积而成,催化剂同时存在弱酸和中强酸两个酸性中心。在甘油脱水制丙烯醛反应反应中,考察磷酸锆的催化性能,探究了反应温度、焙烧温度、甘油浓度、载气流速对甘油脱水反应的影响,结果表明,在催化剂焙烧温度450℃、反应温度300℃、甘油浓度40wt%、载气流速30ml/min条件下,甘油脱水的效果最佳,此时甘油的转化率为91%,丙烯醛的选择性达到79%。二、单组份金属MOx/ZrP的制备、表征及催化性能研究磷酸锆催化剂虽然在甘油脱水方面活性较高,但还有提升的空间,且该催化剂在脱水的过程中容易结焦积碳,因此需要引入金属氧化物进行改性,采用浸渍法制备了CuO/ZrP、Co3O4/ZrP、NiO/ZrP、Fe2O3/ZrP、Nb2O5/ZrP、WO3/ZrP、MoO3/ZrP催化剂,采用XRD、SEM、TEM、FT-IR、NH3-TPD、EDS、UV-vis等分析测试方法对催化剂进行表征,结果表明金属氧化物在磷酸锆表面分散均匀,没有出现烧结晶化现象,能够进入到磷酸锆的结构中但不会破坏磷酸锆的结构,同时由NH3-TPD可得金属氧化物的引入使催化剂的酸量减少,中强酸酸性减弱。在甘油脱水反应中,考察磷酸锆负载不同金属氧化物对甘油脱水反应的影响,结果显示负载有3wt%WO3的催化剂催化效果较为理想,连续反应12 h,甘油的平均转化率有90%,丙烯醛选择性达到81%。进一步确定W03负载量为5wt%时,甘油转化率能够达到93%,丙烯醛选择性为82%。三、双组份组份金属MOx/ZrP的制备、表征及催化性能研究尝试引入碱金属CsCl和CeO2来提高催化剂的活性和抗结焦积碳性能,选择对WO3和MoO3进行改性制备CsCl/WO3/ZrP、CsCl/MoO3/ZrP、CeO2/MoO3/ZrP、CeO2//WO3/ZrP催化剂,采用XRD、SEM、TEM、FT-IR、TPD、EDS、UV-vis等分析测试方法对催化剂进行表征,结果显示双金属组分在催化剂上分散均匀,同时平均孔径增大,比表面积减小。在甘油脱水制备丙烯醛过程中,考察所制备催化剂对甘油脱水反应的影响,结果显示,CeO2/WO3/ZrP催化剂在甘油脱水制备丙烯醛中的催化性能最佳,反应12h,甘油的平均转化率达到95%,丙烯醛的平均选择性为84%。循环使用6次后,甘油转化率维持在85%以上,丙烯醛选择性维持在70%以上。综上所述,以CeO2/WO3/ZrP为催化剂,在催化剂焙烧温度450℃、反应温度300℃、甘油浓度40wt%、载气流速30ml/min条件下催化效果最为理想,反应12h,甘油平均转化率高达95%,丙烯醛平均选择性维持在84%左右。催化剂循环使用6次后,甘油转化率和丙烯醛选择性分别维持在85%和70%以上,具有较好的稳定性,有望成功应用于工业化生产。