海藻酸钠辅助的镍基纳米催化剂的制备及加氢性能研究

发布时间：2019-08-09 20:06

【摘要】：催化加氢作为一种原子经济性反应,符合绿色化学化工发展的要求,而高活性和高稳定性金属纳米催化剂的设计和制备是其中一个重要的研究课题。选择适宜的载体和添加稳定化试剂能显著提高纳米粒子(NPs)的分散性,进而提高其催化活性,并获得良好的稳定性。然而,上述方法也存在着高成本和制备步骤繁琐等缺点,因此,建立一种低成本且制备简便的高分散和高稳定性纳米催化剂的制备方法是非常必要的。基于此,我们以天然多糖海藻酸钠(Alg)为辅助试剂制备了两类镍基纳米催化剂,并通过必要的表征手段研究了催化剂的结构与加氢性能之间的构效关系。首先,我们利用Ni(II)与海藻酸钠的配位作用,采用“一步法”构建海藻酸Ni(II)三维网状水凝胶,然后通过硼氢化钠原位还原,得到多孔Ni/海藻酸钠无机/有机杂化材料。所制备的杂化材料中Ni粒子具有较高的分散性和较小的粒径,在苯乙烯加氢反应中显示出了优异的催化活性;同时,载体与活性组分之间较强的相互作用抑制了Ni NPs的团聚和流失,使其具有很好的稳定性,循环使用20次其活性没有明显变化。此外,该杂化材料在一系列不饱和化合物的催化加氢反应中表现出很好的底物适应性。然后,我们以海藻酸Ni(II)三维网状水凝胶为活性金属前驱和牺牲模板,制备了一种交联海藻酸Ni(II)/SiO2杂化凝胶。通过高温煅烧和还原后,最终得到一种多孔SiO2负载的高分散镍基纳米催化剂,并用于二苯甲酮的加氢反应。实验结果表明,该催化剂在二苯甲酮选择性加氢为二苯甲醇的反应中具有较好的催化活性和稳定性,循环使用20次后,二苯甲酮的转化率依然保持在94%以上。需要特别指出的是,该催化剂对加氢产物二苯甲醇同时具有较好的选择性(大于97%)。结合表征结果,我们推测是因为海藻酸钠焙烧过程中原位生成的Na2CO3中和了催化剂表面的部分酸性位,抑制了二苯甲酮的加氢脱氧反应,从而提高加氢产物中二苯甲醇的选择性。
【图文】：

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Yang 等[24]采用一锅自组装方法制备了多孔硅负载的镍基催化剂Ni-KIT-6用于甲烷的重整反应（图1-1）。催化剂中 Ni NPs 粒径小，且与载体之间有较强的相互作用，具有较好的抗烧结性能。韩布兴院士课题组[25]以有机金属框架结构（MOFs）为活性金属前驱体，，制备了SiO2负载的超细 Ni 纳米催化剂（<1 nm），在苯加氢制备环己烷的反应中具有高的催化活性，以表面活性金属原子数计算，其 TOF 值达到 18359.4 h-1。该研究成果为我们在负载型催化剂的设计和制备方面提供了新的思路和借鉴。图 1-1 催化剂 Ni-KIT-6 的制备过程[24]Fig. 1-1 Preparation process of Ni-KIT-6 catalyst[24]1.3 水凝胶概述近年来，多糖类水凝胶由于其独特的开放性孔结构和大比表面积、丰富的功能化基团以及在大多数有机溶剂中稳定性好的特性而备受关注。利用功能化的水凝胶体系负载

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第 1 章绪论提高其分散性和稳定性被证明是一条可行的研究方向[26, 27]天然多糖，主要来源于褐色海藻，是由 L-甘露糖醛酸（M 单单元）依靠 1,4-糖苷键连接形成的线性共聚物。海藻酸钠能子（Ca2+、Cu2+、Co2+和 Mn2+等[28]）发生配位作用形成三用这一特性实现金属离子的高分散性或者是将三维网状水凝。例如：Primo 等[29]将 Pd 负载到 Ca2+交联的海藻酸钠水凝胶 Ag 负载到 Ba2+交联的海藻酸钠凝胶中用于 4-硝基苯酚的还效果。由于海藻酸钠水凝胶制备简单，绿色环保，成本低廉胶辅助制备高分散的金属纳米粒子，为纳米催化剂的研究和
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36

【参考文献】