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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳冠文
研究生(外文):Guan-Wen Chen
論文名稱:製備四氫呋喃之觸媒的研究
論文名稱(外文):Catalyst studies for the synthesis of tetrahydrofuran
指導教授:李國禎李國禎引用關係
指導教授(外文):Guo-Zhen Li
口試委員:王奕凱吳榮宗
口試委員(外文):Yi-Kai WangRong-Zong Wu
口試日期:2011-07-26
學位類別:碩士
校院名稱:東海大學
系所名稱:化學工程與材料工程學系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:167
中文關鍵詞:四氫呋喃
外文關鍵詞:tetrahydrofuran
相關次數:
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四氫呋喃(THF)是一種重要的化工原料及性能優良的溶劑。除了廣泛用於表面塗料、防腐塗料、印刷油墨和薄膜塗料的溶劑外,THF本身聚合成聚四氫呋喃(PTMEG),用來製造彈性聚氨酯纖維。
本論文分為三個部分。第一部分是利用銅鉻觸媒氫化琥珀酸二乙酯產生1,4-丁二醇(BDO)、丁內酯(GBL)、四氫呋喃(THF)及丁醇的研究。此部分藉由改變進料流量、反應溫度、反應壓力、氣體流量及觸媒顆粒大小,尋求最適化生成1,4-丁二醇(BDO)及四氫呋喃(THF)之實驗條件。從實驗中發現THF產率隨反應溫度上升而增加,而1,4-丁二醇(BDO)產率卻因此減少,但因為副產物之丁醇產率也隨反應溫度上升而增加,所以必須在適當的溫度、壓力及進料流量下,才有最好的產率組成。
第二部分是以奈米級核殼式觸媒催化不同比例
直鏈反應物4-hydroxy -butyradehyde及支鏈反應物3-hydoxy-2-methylpropionaldehyde下的氫化反應得到1,4-丁二醇(BDO),探討不同反應溫度下各種觸媒對1,4-丁二醇(BDO)脫水反應產生四氫呋喃(THF)的影響。實驗結果顯示當反應溫度愈高或反應時間愈長,轉化率及四氫呋喃(THF)產率都能相對提高。


第三部分是直接利用1,4-丁二醇(BDO)在不同觸媒及不同溫度的實驗狀況下,尋求產生四氫呋喃(THF)的最適化條件。從實驗上發現反應溫度對於四氫呋喃(THF)的生成有明顯的效益,而鋯鋁觸媒在此實驗中對四氫呋喃(THF)產率有相當高的選擇率。
本研究所利用之觸媒分別以X能量散譜儀 (EDS)、場發式電子顯微鏡(SEM)、表面積與孔洞分析儀(BET)及X射線粉末繞射儀(XRD) 、傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)等儀器進行分析,探討觸媒之特性及反應前後之觸媒所產生的變化。

Tetrahydrofuran(THF) is a valuable industrial chemical and is a good solvent with exceptional function. It is not only widely used on solvent for surface paint, anticorrosive paint, printing ink, and film paint, but also can be used to produce polytetramethylene-ether-glycol(PTMEG). PTMEG is used to produce polyurethane elastane fiber.
This thesis has three sections. The first part uses a copper chromite catalyst for hydrogenation of succinate to produce BDO,GBL,THF andn-butanol. By changing feed flow rate, reaction temperature, reaction pressure, gas flow rate and catalyst particle size of catalyst, the optimum conditions for producing BDO and THF were found. Experiment results show that finds THF , n-butanol and BDO yield increased with increasing temperature.
The second part studies the use of core-shell catalysts for the hydrogenation of 4-hydroxy –butyradehyde and 3-hydoxy-2methylpropionaldehyde with different composition to produce 1,4-butanediol(BDO) and tetrahydrofuran(THF) . Tetrahydrofuran(THF) yield increased with increasing temperature and reaction time.
The third part studies the conversion of 1,4-bunediol(BDO) to tetrahydrofuran(THF) with different catalysts. The tetrahydrofuran(THF) yield increased with increasing temperature, and ZrO_2-Al_2 O_3 mixed oxide has high selectivity.
Catalyst characteristics of used catalysts were examined with EDS,SEM, BET,XRD and FTIR.


目錄
第一章 緒論
1.1四氫呋喃 (THF)簡介
1.2研究動機
第二章 文獻回顧
2.1四氫呋喃(THF)製程
2.1.1 Reppe 法
2.1.2環氧丙烷法
2.1.3丁二烯法
2.1.4順酐法
2.2琥珀酸加氫法簡介
2.3銅鉻觸媒簡介
2.4丙烯醇法製程簡介
2.4.1丙烯醇氫醛化反應
2.4.2 HBA和HMPA氫化反應
2.5奈米級核殼式金屬觸媒Ru@SiO2
2.5.1液相化學合成法
2.5.2 PVP穩定化金屬奈米微粒………
2.5.3核殼結構(Core-shell structure)之奈米粒子
2.6 ZrO2觸媒
2.7 Al2O3觸媒
第三章 實驗系統
3.1核殼式觸媒製備方法
3.1.1單金屬核殼式觸媒製備
3.1.2雙金屬核殼式觸媒製備方法
3.1.3銅鉻觸媒
3.1.4 Pd/C及Ru/C觸媒
3.1.5 ZrO_2-Al_2 O_3觸媒
3.2氫化反應
3.2.1琥珀酸二乙酯氫化反應
3.2.2 HBA與HMPA的氫化反應
3.3 1,4丁二醇(BDO)脫水反應
3.4儀器設定與反應物產物定性、定量分析
3.4.1 氣相層析分析法
3.4.2 定性分析
3.4.3 定量分析(內部標準品法)
3.5熱場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM
3.6能量散佈分析儀 (EDS)
3.7表面積與孔洞分析實驗(BET)
3.7.1 BET表面積之測定原理
3.7.2 BET表面積及孔徑大小之測定實驗
3.8 X射線粉末繞射儀 (XRD)
3.9熱重分析儀原理
3.10實驗藥品與儀器
第四章 實驗結果與討論
Ⅰ.琥珀酸二乙酯氫化反應
4.1液體流量對琥珀酸二乙酯氫化反應之影響
4.1.1 反應溫度為190℃ (WHSV之範圍為1/10h~2/5h)
4.1.2 反應溫度為200℃ (WHSV之範圍為1/10h~2/5h)
4.1.3 反應溫度為210℃ (WHSV之範圍為1/10h~2/5h)
4.1.4 反應溫度為220℃ (WHSV之範圍為1/10h~2/5h)
4.1.5 反應溫度為230℃ (WHSV之範圍為1/10h~2/5h)
4.2反應溫度對琥珀酸二乙酯氫化反應之影響
4.2.1 進料流量2(g/h)(WHSV=1/20h
4.2.2 進料流量4(g/h)(WHSV=1/20h)
4.2.3 進料流量6(g/h)(WHSV=1/20h)
4.2.4 進料流量8(g/h)(WHSV=1/20h)
4.3反應壓力對琥珀酸二乙酯加氫反應之影響
4.4氣體流量對琥珀酸二乙酯加氫反應之影響
4.5觸媒顆粒大小對琥珀酸二乙酯加氫反應之影響
4.5.1 溫度210℃下
4.5.2 溫度220℃下
4.6琥珀酸二乙酯加氫反應長時間
Ⅱ. 4-hydroxybutyradehyde及3-hydoxy-2methylpropionaldehyde
氫化反應之實驗結果與討論
4.7反應溫度對HBA/HMPA氫化反應之影響
4.7.1 Pd/C觸媒
4.7.2Ru-Pd@SiO2(Ru/Pd原子比=6:1)核殼式觸媒
4.8反應時間對HBA/HMPA氫化反應之影響
4.8.1Ru@SiO2核殼式觸媒
4.8.2Pd @SiO2核殼式觸媒
4.8.3Ru-Pd @SiO2 (Ru/Pd原子比=4:1) 核殼式觸媒
4.9觸媒種類之不同對HBA/HMPA氫化反應之影響
Ⅲ.1,4丁二醇(BDO)脫水反應實驗結果與討論
4.10 反應溫度對1,4丁二醇(BDO)氫化反應之影響
4.11觸媒重量對1,4丁二醇(BDO)氫化反應之影響
4.12反應時間對1,4丁二醇(BDO)氫化反應之影響
4.13 ZrO_2-Al_2 O_3莫耳比對1,4丁二醇(BDO)脫水反應之影響
4.14反應溫度對1,4丁二醇(BDO)脫水反應之影響
4.14.1反應時間為3hr
4.14.2反應時間為6hr
4.15觸媒重量對1,4丁二醇(BDO)脫水反應之影響
4.16反應時間對1,4丁二醇(BDO)脫水反應之影響
4.17觸媒種類之不同對1,4丁二醇(BDO)脫水反應之影響
4.18 觸媒分析
4.18.1 銅鉻觸媒
4.18.2 Pd/C觸媒
4.18.3 ZrO_2-Al_2 O_3觸媒
4.18.4 Ru-Pd@SiO2核殼式觸媒
第五章 結論與建議
5.1琥珀酸二乙酯氫化反應
5.2奈米級核殼式觸媒催化HBA/HMPA氫化反應
5.3 1,4丁二醇(BDO)脫水反應生成四氫呋喃(THF)
第六章 參考文獻









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