纳米铜基催化剂的构筑及其催化性能研究

发布时间：2017-05-15 05:00

  本文关键词：纳米铜基催化剂的构筑及其催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当前资源短缺问题日益严重,如何提高有限资源的利用率,成为广大研究者关注的热点,催化剂的高效合理化利用也变的更加重要。现在被广泛使用的催化剂主要为金、银、钯、铂等贵金属催化剂,但他们价格高昂储量有限,而铜基催化剂价格低廉、储量丰富、性能优异,被视为一种替代贵金属催化剂的理想催化剂。传统的均相铜基催化剂大多具有难回收、易团聚、易烧结、易氧化的缺点。本论文旨在获得一种高稳定性、高活性、易回收的新型铜基催化剂。本文中,首先以静电纺丝技术为基础,结合气相(液相)还原法和高温碳化技术制备了三种外部负载型铜基催化剂,并探究了其催化乌尔曼偶联反应的催化性能;还利用浸渍法、加氢还原法制备了4A分子筛载铜催化剂,并探究了其催化草酸二甲酯气相加氢制乙二醇反应的催化性能。具体研究内容如下:1.利用静电纺丝技术,结合浸渍法和气相还原法(加氢还原),制备了高分子纤维载铜催化剂(Cu/PNFs),进一步通过高温碳化技术,制备了碳纤维载铜催化剂(Cu/CNFs),通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征,并考察了催化剂对乌尔曼偶联反应的催化性能,结果表明,在以乙腈为溶剂、碳酸铯为碱,82℃下进行乌尔曼偶联反应时,这两种催化剂均具有一定的催化活性,但催化剂催化性能还有待提高。2.结合之前的研究内容,改进催化剂还原方法,以液相还原法(硼氢化钠和水合肼)结合高温碳化技术,制备了碳纤维载铜催化剂(Cu/CNFs),通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)对催化剂进行了表征,并探明了其催化乌尔曼偶联反应的最优反应条件为:N,N-二甲基乙酰胺为溶剂,碳酸铯为碱,催化剂用量为0.09 g,140℃下反应24 h;还对乌尔曼偶联反应的底物进行了拓展,证实了此催化剂对乌尔曼偶联反应具有普适性;最后考察了此催化剂的循环使用性能,结果显示,此催化剂循环使用五次后仍具有一定的催化活性。3.以4A分子筛为载体,结合浸渍法和加氢还原法制备了4A分子筛载铜催化剂,通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)对催化剂进行了表征,并探明了其催化草酸二甲酯气相加氢制乙二醇的最优反应条件为:在液时空速设定为0.1 h-1时,氢酯比为200,反应温度为220℃,反应压力为2.5 MPa,且在此条件下,催化剂可保持一定的催化稳定性。总之,将纳米铜负载到高分子纤维和碳纤维载体上,不仅提高了纳米铜的分散度、有效防止了纳米铜的团聚,还使催化剂易于回收,提高了催化剂的循环使用性能;将纳米铜负载到4A分子筛表面也克服了铜基催化剂易烧结、易氧化的缺点,提高了铜基催化剂的稳定性。这必将为新型纳米铜基催化剂的制备提供一种新的思路,为纳米铜基催化剂的工业化应用提供理论参考。
【关键词】：铜基催化剂 浸渍法 乌尔曼反应 草酸二甲酯加氢 乙二醇
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36;TB383.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 纳米铜概述9-14
• 1.1.1 铜纳米粒子的可控制备9-12
• 1.1.2 纳米铜的性能与应用12-14
• 1.2 纳米铜基催化剂及其研究进展14-19
• 1.2.1 纳米铜基催化剂14
• 1.2.2 催化乌尔曼偶联反应研究进展14-17
• 1.2.3 催化草酸酯加氢制取乙二醇反应研究进展17-19
• 1.3 论文研究目的及意义19
• 1.4 论文研究的主要内容19-21
• 第二章 气相还原法制备Cu/PNFs和Cu/CNFs催化剂及其性能研究21-37
• 2.1 引言21-22
• 2.2 Cu/PNFs和Cu/CNFs的制备22-32
• 2.2.1 实验材料与仪器22-23
• 2.2.2 实验步骤23-24
• 2.2.3 结果与讨论24-32
• 2.3 Cu/PNFs和Cu/CNFs的催化性能研究32-36
• 2.3.1 实验材料与仪器32
• 2.3.2 实验步骤32-34
• 2.3.3 结果与讨论34-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 液相还原法制备Cu/CNFs催化剂及其性能研究37-55
• 3.1 引言37
• 3.2 Cu/CNFs的制备37-45
• 3.2.1 实验材料与仪器37-38
• 3.2.2 实验步骤38-39
• 3.2.3 结果与讨论39-45
• 3.3 Cu/CNFs催化性能研究45-54
• 3.3.1 实验材料与仪器46-47
• 3.3.2 实验步骤47-48
• 3.3.3 结果与讨论48-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第四章 4A分子筛载铜催化剂催化草酸二甲酯加氢制乙二醇反应性能研究55-65
• 4.1 引言55
• 4.2 实验部分55-58
• 4.2.1 实验材料与仪器55-56
• 4.2.2 实验步骤56-58
• 4.3 结果与讨论58-64
• 4.3.1 催化剂表征58-60
• 4.3.2 反应氢酯比的影响60-61
• 4.3.3 反应温度的影响61-63
• 4.3.4 反应压力的影响63-64
• 4.3.5 反应持续性的考察64
• 4.4 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-79
• 致谢79-80
• 附录80-88
• 攻读学位期间发表的学术论文及研究成果88

【参考文献】

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1 曹艳;葡萄糖还原法制备氧化亚铜的研究[D];中南大学;2009年

  本文关键词：纳米铜基催化剂的构筑及其催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：366878