欧世盛流动反应器应用案例：Ni@C 催化苯乙酮加氢制苯乙醇

　更新时间：2025-11-25　点击量：149

2022年发表于《Reaction Chemistry & Engineering》的文献《Ni@C Catalyzed Hydrogenation of Acetophenone to Phenylethanol under Industrial Mild Conditions in a Flow Reactor》，对非贵金属镍负载石墨烯基催化剂（Ni@C）在流动反应器中高效催化苯乙酮加氢制备苯乙醇进行了研究。研究中使用的流动反应器由欧世盛公司提供。

01导图

02实验方法

>>>>实验材料

实验中用到多种试剂。1,3,5 - 三甲氧基苯、六水合硝酸镍、无水柠檬酸、苯乙酮、乙醇等，纯度均达分析纯；硫酸为优级纯；试剂均外购。商用催化剂Ru/C、Pd/C、雷尼镍外购；去离子水实验室自制。

>>>>设备装置

催化剂制备中用到了如下设备：干燥箱、固定床、冷冻干燥机等。实验中使用的加氢反应装置包括间歇式不锈钢高压反应釜（带玻璃衬里、热电偶、循环水冷却）和流动反应器（搭配气液分离器、产物收集装置、压力 / 温度 / 流速控制组件）。其中，流动反应器由欧世盛提供。

检测及表征采用了如下装置：气相色谱（GC）、扫描电子显微镜（SEM）、高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）、高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）、能量色散 X 射线光谱（EDX）、氮气吸附 - 脱附仪（BET）、X 射线光电子能谱（XPS）、X 射线衍射仪（XRD）。

>>>>反应流程

催化剂制备，将六水合硝酸镍与柠檬酸溶于无水乙醇，70℃搅拌老化形成绿色凝胶，100℃干燥，700℃氮气氛围煅烧3h，硫酸水溶液处理除杂，去离子水洗涤至中性，冷冻干燥12h得 Ni@C 催化剂。

间歇式加氢，不锈钢高压反应釜中加入催化剂、苯乙酮、乙醇，氢气吹扫并加压，升温搅拌反应，冷却泄压，收集过滤反应液，GC 检测产物。

流动式加氢，反应管填充可吸附 100mg 催化剂的磁铁，设定温度和氢气压力，泵入苯乙酮进行气体置换后，将混合液泵入反应管。连续反应后的混合液进行气液分离、产收集，最后经GC 检测产物产率。

>>>>实验条件

间歇式：催化剂 10mg、苯乙酮 0.5mmol、乙醇 6mL、氢气压力 1MPa、温度 80℃、反应 15h、搅拌速度 300rpm。

流动式：催化剂 100mg、苯乙酮浓度 0.083mol/L、乙醇为溶剂、优化条件（氢气压力 1MPa、温度 100℃、流速 0.4mL/min）、连续反应 48h。

03实验结果

>>>>催化剂表征

结构特征来看，石墨烯壳层包裹形成纳米球（纳米球由金属纳米颗粒组成），直径 100-200nm，表面多孔，比表面积 182m²/g，以中孔为主，回收后结构仍稳定。

成分来看，表面含 Ni⁰、Ni²⁺物种，样品中还有少量 NiO 相，Ni 和 O 原子分布均匀，石墨烯壳层薄（>90% 为少数几层）。

>>>>间歇式加氢

催化剂对比显示，经氧化步骤制备的镍基催化剂中，Ni/NiO@C-700-200-1-H₂O 综合性能最佳，转化率 100%、选择性 98.31%；Ni@C-700-EtOH 活性最差；商用贵金属催化剂（Ru/C、Pd/C）未生成目标产物，雷尼镍选择性差。备注：合成的催化剂编号为M1/M2@C-a-b-c-d，其中 M1=Ni、M2=NiO、a 为热解温度、b 为氧化温度、c 为氧化时间、d 为溶剂。

催化性能影响因素方面，氧化步骤对催化剂的物理性质有显著影响。综合考虑转化率和选择性，经氧化步骤制备的催化剂的性能优于相应未经氧化步骤的催化剂。对于未经氧化的催化剂，当热解温度从 600℃升高至 700℃时，催化剂活性显著下降，而经氧化的催化剂活性受热解温度影响较小。在 700℃热解温度下，制备催化剂所用的溶剂也会影响催化活性和产物选择性。

>>>>流动式加氢

为了突出流动反应器相对于间歇式反应器的优势，研究中选择制备的 Ni@C-700-EtOH 催化剂进行苯乙酮加氢实验，以筛选流动反应器的工艺条件。1MPa 压力、100℃温度、0.4mL/min 流速为其条件。此时转化率 99.14%、选择性 97.77%。而在间歇式反应器中采用优化后的条件再次进行苯乙酮加氢反应，15 小时后的转化率仅为 15.04%。

连续反应 48h 后，产物苯乙醇的高选择性基本保持不变，仅转化率略有下降但仍维持在 88.44% 以上。催化剂结构未破坏。

04研究结论

成功开发了高效的磁性石墨烯包裹薄层 Ni@C 催化剂，该催化剂对苯乙酮加氢制备苯乙醇具有高催化活性，并成功应用于流动反应器中，表现出优异的转化率和选择性。

流动反应器可显著改善传质传热，在温和条件下实现苯乙酮高效加氢，性能优于传统间歇式反应器。氢气压力、反应温度、流速等因素显著影响流动加氢反应效果，优化后的条件可适配工业化需求。

05研究亮点及意义

将非贵金属镍负载石墨烯基催化剂（Ni@C）应用于流动反应器催化苯乙酮加氢，兼具低成本和高效率。催化剂磁性设计适配流动体系，解决了固体催化剂堵塞和分离难题。

提供了一种经济环保的苯乙醇合成路径，并验证了流动反应器在加氢反应中的工业化潜力，为精细化学品连续生产提供了技术参考，亦为非贵金属催化剂在流动反应体系中的应用提供了新思路。

06主要图表

图 1. Ni@C-700-EtOH（a）和 Ni@C-700-EtOH（回收后）（b）的代表性扫描电子显微镜（SEM）图像