乳酸空气催化氧化脱氢制备丙酮酸的研究

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1、湖南大学硕士学位论文乳酸/空气催化氧化脱氢制备丙酮酸的研究姓名：李立军申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：晁自胜200912摘要丙酮酸是重要的有机合成和药物合成的中间体，在医药、农药、日化和食品等行业中具有重要且日益广泛的应用。目前丙酮酸的合成方法主要有：生物技术法和化学合成法。前者存在丙酮酸收率低和反应产物复杂等缺点。后者在现阶段研究最多的主要是以乳酸盐或者乳酸酯为原料的合成路线，但是存在着原料价格较高和需要乳酸的酯化等复杂操作过程等缺点，限制了该路线的进一步发展。因此开发一种新的绿色化学合成路线势在必行。在本论文中，开发了一条新型的制备丙酮酸的工艺路线

2、，即：采用多相催化剂，在固定床反应器中，以生物发酵所得到的乳酸稀水溶液为原料、空气为氧化剂，经氧化脱氢反应将乳酸转化为丙酮酸。该工艺路线具有原料成本低、反应操作流程简单、反应条件温和、反应过程清洁等优点。研究工作的主要内容和进展如下：1)分别以NaY、MgO、a．A1203、Ti02等为载体、V205、NiO、ZnO、M003等活性金属组份，采用原位合成和浸渍负载的方法，制备了大量的催化剂。采用X一光衍射(XRD)、紫外漫反射(DRSUV-Vis)以及原子吸收光谱‘(AAS)等技术，对于催化剂的结构和活性组份含量进行了表征和测定。结果表明，活性金属组份高度分散于

3、催化剂载体上。2)采用常压固定床流动型反应器，以乳酸稀水溶液反应原料和空气为氧化剂，对所制备的催化剂进行了乳酸催化氧化脱氢反应制丙酮酸性能的评价。研究了催化剂载体和活性金属的类型、乳酸溶液的浓度、反应温度和空速等的影响，筛选出了性能良好的催化剂并获得了优化的反应工艺条件。3)研究表明，在磷酸铁系列催化剂中，FePO(450)性能最佳，在反应温度为230℃；原料液进料流速0．0669／min；空气气速15．00mL／min：催化剂质量2．209的条件下，获得了丙酮酸的收率为48．00％的反应结果；在过渡金属氧化物负载型系列催化剂中，M003／Ti02(3．67wt

4、％)性能最佳，在乳酸原料液浓度为20．00wt％：乳酸原料液进料流速O．0889／min：空气气速40．00mL／min：催化剂质量0．559；反应温度为230"C的条件下，获得了丙酮酸的收率为70．00％的反应结果。上述研究结果表明，通过本研究工作，开发出了用于乳酸转化制丙酮酸的高效多相催化剂以及相应的常压固定床反应清洁工艺路线。本论文工作中，在M003／Ti02(3．67wt％)催化剂上所获得的丙酮酸收率70％的结果，为迄今为止国内外相关报道中的最佳值。关键词：乳酸；丙酮酸；空气；多相催化；氧化脱氢ⅡAbstractPyruvicacidiSanimport

5、antintermediateusedinorganicandmedicinalsynthesis．Pyruvicacidcanbewidelyusedinmedicine，pesticide，dailychemicalandfoodindustries．Themainprocessesofmanufacturingpyruvicacidincludebio．technologyandchemicalsynthesis．Pyruvicacidformationthroughbio．technologydoesnotleadtohighyield．Theyield

6、andtheconcentrationsofpyruvicacidareoftennotveryhigh．Soit’Sdifficultandhighcosttoseparatepyruvicacidfromthemixture．Theprocessofehemicalsynthesishassomedisadvantagesthatitseriouslypollutestheenvironment；thecostistoohighandSOon．Theprocesswhichiswidelyresearchedforsynthesisofpyruvicacid

7、istheoxidationofalkyllactate．Butthisprocesshassomedisadvantagesthatitrequirestheesterificationoflacticacid，thecostistoohighandSOon．Sothefindingofanewprocessofsynthesisofpyruvicacidishighlynecessary．ThesyntheticroutewehaveadoptediSthevapor-phase·airoxidativedehydrogenationofbio—lactic

8、acidtopyruvi