分级催化反应器的设计及分级催化作用研究
发布时间：2021-10-17 04:42
催化是现代化学工业的基石,实现可控制、可调节的催化作用及新概念催化剂一直是科研工作者努力的目标。采用可控制、可调节的催化作用及新概念催化剂,化学反应可以连续、多步的方式协调进行,减少了不必要的分离和纯化步骤,显著提高催化效率。尽管其前景广阔、意义深远,然而基于现有催化剂及催化材料,人们无法直接实现可控制、可调节的催化作用。究其原因在于,实际催化作用机制复杂,形式多样,多涉及串联/非串联等混杂的复杂化学过程,采用传统催化剂及催化材料无法同时实现对催化材料自身行为的控制和对催化反应过程的有效分离。本文受生物作用过程的启发（如细胞分区催化等）,通过对催化过程进行分级控制,发展出系列温敏分级催化反应器（即具有部分生物功能的催化剂）。研究可概括为以下几方面:本文首先设计了双层温敏催化反应器。该反应器由具有正温度响应（即温度升高聚合物网络膨胀）的酸性低温响应层（形状记忆层）和负载金属纳米粒子的高温响应层（具有相互作用的自愈合聚合物）构成。双层构筑允许不同反应在不同区域进行,实现催化的分级（分区）进行。在低温下,两个温敏层通道都关闭,底物无法进行反应;在中等温度下,酸性低温响应层通道打开,底物只进行...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
A：各种Pt/BEA催化剂的周转频率（TOF，s-1）；B：B酸位（mmol·g-1）浓度下环己CBrnstedLewisB/L[14]
江苏大学硕士学位论文3图1.1A：各种Pt/BEA催化剂的周转频率（TOF，s-1）；B：B酸位（mmol·g-1）浓度下环己烷和苯的产物生成速率；C：Brnsted和Lewis（B/L）酸位点的相对比例形成产物的速率[14]。Fig.1.1A:Turnoverfrequency(TOF,s1)ofvariousPt/BEAcatalysts,B:productformationratesforcyclohexaneandbenzenewithconcentrationofBacidsites(mmol·g1),C:productformationrateswithrelativeratioofBrnstedandLewis(B/L)acidsites[14].（2）金属氧化物载体介孔/大孔金属氧化物是常见Au，Pd，Pt和Ag纳米粒子载体材料。Wei等[15]合成三维有序介孔/大孔金属氧化物（3DOM）的LaFeO3原位胶体晶体模板法负载金纳米颗粒催化剂，发现该合成材料非常适用于柴油机烟灰氧化。如图1.2所示是3DOMLaFeO3负载的金纳米颗粒催化剂的原位合成过程示意图，通过改性的无乳化剂聚合将AuNPs分散在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）上，然后将钙钛矿前体注入PMMA微球中。最后，通过煅烧除去有机成分后，获得了在3DOM表面上含有LaFeO3的AuNPs。图1.2三维有序介孔（3DOM）Aun/LaFeO3催化剂的合成方案[15]。Fig.1.2Synthesisschemeofthree-dimensionallyorderedmesoporous(3DOM)Aun/LaFeO3[15].（3）聚合物载体聚合物是常见金属纳米粒子载体的另一类材料。与传统载体相比，聚合物易
江苏大学硕士学位论文5示出高活性。最近，蒋和同事报告了一种接近100%磺酸功能化MOF，MIL-101-SO3H，通过后合成盐酸处理策略，在苯甲醇中的环氧乙烷开环反应中表现出出色的催化性能。Wang[20]使用2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸当做功能单体，NPA为模板单体制备了串联催化纳米反应器，由于在功能单体中还包覆了Pt纳米粒子，该催化反应器可以实现选择性的串联催化。图1.3是催化反应器的催化作用原理。图1.3纳米反应器催化的串联反应的机理[20]。Fig.1.3Proposedmechanismforthecascadereactionscatalyzedbythenanoreactor[20].1.3智能催化反应器的载体-智能聚合物实现对催化过程的控制与调节一直都是催化工作者的努力的目标。目前的取得的主要进展在于对催化活性和选择性提高，有些催化反应器还实现了对串联催化反应的控制。然而，面对越来越精细化和更加多样的催化要求，现有的催化反应器还无法实现分级催化的要求。智能材料领域的发展，为这一目标的实现，创造了条件。智能聚合物材料可以感知外界环境细微变化（如温度、pH、离子强度、电磁场以及生物刺激等）与刺激而发生膨胀、收缩等相应变化，因而具有广泛的应用，包括传感器、药物载体[21]、生物催化、生物技术和智能催化剂[20]等领域引用。近年来，智能聚合物的研究发展迅速，正成为当前高分子材料的前沿方式之一。这里，我们重点介绍以下几类可应用于聚合物反应器上的智能聚合物：温敏性聚合物、pH响应聚合物、形状记忆聚合物和自愈合聚合物。
【参考文献】：
期刊论文
[1]pH响应性树枝状聚合物-金纳米粒子复合药物载体的制备[J]. 朱钦富,胡可珍,李小杰,陈明清. 高等学校化学学报. 2019(05)
[2]Thermo-sensitive Microgels Supported Gold Nanoparticles as Temperature-mediated Catalyst[J]. Xian-Jing Zhou,Hai-Peng Lu,Ling-Li Kong,Dong Zhang,Wei Zhang,Jing-Jing Nie,Jia-Yin Yuan,Bin-Yang Du,Xin-Ping Wang. Chinese Journal of Polymer Science. 2019(03)
[3]蛋白质分子印迹技术的研究进展及应用前景[J]. 孙寅静,罗文卿,潘俊. 药学学报. 2011(02)
[4]聚合物基自修复材料研究进展[J]. 羊海棠,吕群,方征平. 材料科学与工程学报. 2009(05)
[5]分子印迹技术研究进展[J]. 史瑞雪,郭成海,邹小红,朱春野,左言军,邓云度. 化学进展. 2002(03)
博士论文
[1]LCST型聚合物在水环境中的性质与结构[D]. 来恒杰.复旦大学 2013
硕士论文
[1]“构-效”聚合物反应器的设计及功能催化作用[D]. 左冲冲.江苏大学 2018
[2]pH响应性聚合物的制备及性能研究[D]. 石星丽.西北师范大学 2011
[3]过氧化氢酶及其模拟酶的电化学研究[D]. 黄秀玲.华中师范大学 2007
本文编号：3441134
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
A：各种Pt/BEA催化剂的周转频率（TOF，s-1）；B：B酸位（mmol·g-1）浓度下环己CBrnstedLewisB/L[14]
江苏大学硕士学位论文3图1.1A：各种Pt/BEA催化剂的周转频率（TOF，s-1）；B：B酸位（mmol·g-1）浓度下环己烷和苯的产物生成速率；C：Brnsted和Lewis（B/L）酸位点的相对比例形成产物的速率[14]。Fig.1.1A:Turnoverfrequency(TOF,s1)ofvariousPt/BEAcatalysts,B:productformationratesforcyclohexaneandbenzenewithconcentrationofBacidsites(mmol·g1),C:productformationrateswithrelativeratioofBrnstedandLewis(B/L)acidsites[14].（2）金属氧化物载体介孔/大孔金属氧化物是常见Au，Pd，Pt和Ag纳米粒子载体材料。Wei等[15]合成三维有序介孔/大孔金属氧化物（3DOM）的LaFeO3原位胶体晶体模板法负载金纳米颗粒催化剂，发现该合成材料非常适用于柴油机烟灰氧化。如图1.2所示是3DOMLaFeO3负载的金纳米颗粒催化剂的原位合成过程示意图，通过改性的无乳化剂聚合将AuNPs分散在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）上，然后将钙钛矿前体注入PMMA微球中。最后，通过煅烧除去有机成分后，获得了在3DOM表面上含有LaFeO3的AuNPs。图1.2三维有序介孔（3DOM）Aun/LaFeO3催化剂的合成方案[15]。Fig.1.2Synthesisschemeofthree-dimensionallyorderedmesoporous(3DOM)Aun/LaFeO3[15].（3）聚合物载体聚合物是常见金属纳米粒子载体的另一类材料。与传统载体相比，聚合物易
江苏大学硕士学位论文5示出高活性。最近，蒋和同事报告了一种接近100%磺酸功能化MOF，MIL-101-SO3H，通过后合成盐酸处理策略，在苯甲醇中的环氧乙烷开环反应中表现出出色的催化性能。Wang[20]使用2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸当做功能单体，NPA为模板单体制备了串联催化纳米反应器，由于在功能单体中还包覆了Pt纳米粒子，该催化反应器可以实现选择性的串联催化。图1.3是催化反应器的催化作用原理。图1.3纳米反应器催化的串联反应的机理[20]。Fig.1.3Proposedmechanismforthecascadereactionscatalyzedbythenanoreactor[20].1.3智能催化反应器的载体-智能聚合物实现对催化过程的控制与调节一直都是催化工作者的努力的目标。目前的取得的主要进展在于对催化活性和选择性提高，有些催化反应器还实现了对串联催化反应的控制。然而，面对越来越精细化和更加多样的催化要求，现有的催化反应器还无法实现分级催化的要求。智能材料领域的发展，为这一目标的实现，创造了条件。智能聚合物材料可以感知外界环境细微变化（如温度、pH、离子强度、电磁场以及生物刺激等）与刺激而发生膨胀、收缩等相应变化，因而具有广泛的应用，包括传感器、药物载体[21]、生物催化、生物技术和智能催化剂[20]等领域引用。近年来，智能聚合物的研究发展迅速，正成为当前高分子材料的前沿方式之一。这里，我们重点介绍以下几类可应用于聚合物反应器上的智能聚合物：温敏性聚合物、pH响应聚合物、形状记忆聚合物和自愈合聚合物。
【参考文献】：
期刊论文
[1]pH响应性树枝状聚合物-金纳米粒子复合药物载体的制备[J]. 朱钦富,胡可珍,李小杰,陈明清. 高等学校化学学报. 2019(05)
[2]Thermo-sensitive Microgels Supported Gold Nanoparticles as Temperature-mediated Catalyst[J]. Xian-Jing Zhou,Hai-Peng Lu,Ling-Li Kong,Dong Zhang,Wei Zhang,Jing-Jing Nie,Jia-Yin Yuan,Bin-Yang Du,Xin-Ping Wang. Chinese Journal of Polymer Science. 2019(03)
[3]蛋白质分子印迹技术的研究进展及应用前景[J]. 孙寅静,罗文卿,潘俊. 药学学报. 2011(02)
[4]聚合物基自修复材料研究进展[J]. 羊海棠,吕群,方征平. 材料科学与工程学报. 2009(05)
[5]分子印迹技术研究进展[J]. 史瑞雪,郭成海,邹小红,朱春野,左言军,邓云度. 化学进展. 2002(03)
博士论文
[1]LCST型聚合物在水环境中的性质与结构[D]. 来恒杰.复旦大学 2013
硕士论文
[1]“构-效”聚合物反应器的设计及功能催化作用[D]. 左冲冲.江苏大学 2018
[2]pH响应性聚合物的制备及性能研究[D]. 石星丽.西北师范大学 2011
[3]过氧化氢酶及其模拟酶的电化学研究[D]. 黄秀玲.华中师范大学 2007
本文编号：3441134
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3441134.html
教材专著
