过渡金属纳米复合材料的合成及其硝基苯酚催化加氢性能

发布时间：2017-08-04 23:03

  本文关键词：过渡金属纳米复合材料的合成及其硝基苯酚催化加氢性能

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【摘要】：对硝基苯酚(4-Nitrophenol,4-NP)是工业废水中最具代表性的污染物之一,具有高毒性、潜在的致癌和致突变的危害,对环境造成巨大威胁。催化加氢法处理对硝基苯酚类化合物具有工艺简单、环境污染小等优点,其催化加氢产物对氨基苯酚(4-aminophenol,4-AP)同时也是一种重要的化工和医药中间体,该法展现出潜在的发展前景。目前催化加氢工艺处理硝基苯酚类化合物的关键在于开发高效、稳定和廉价的催化剂。基于目前的研究现状,本文主要合成与表征了Ag-SiO2、Ag@CeO2和CoNi/rGO纳米复合材料,并探究了它们对4-NP催化加氢反应的性能。具体内容如下:以壬基酚聚氧乙烯醚/环己烷体系和AgNO3水溶液组成的反胶束体系,一锅法合成了“梅子-布丁型”的Ag-SiO2纳米复合材料,超细的Ag纳米粒子(~2 nm)高度的分散在每一个SiO2球(~28 nm)。与商品SiO2、Ag纳米粒子和负载型Ag/SiO2催化剂相比,Ag-SiO2纳米复合材料对4-NP催化加氢反应表现出优异的催化性能,对应的转换频率(TOF)值为489.0 h-1,高于目前报道的大部分催化剂的性能,反应活化能为34.4 kJ mol-1,并表现出了较好的循环稳定性。此外,该催化剂对催化邻硝基苯酚(2-Nitrophenol,2-NP)和间硝基苯酚(3-Nitrophenol,3-NP)加氢反应也表现出优异的催化性能。为了进一步提高Ag基催化剂的稳定性,采用结合反胶束技术和氧化还原反应,成功合成了Ag@CeO2核壳纳米复合材料,3~7 nm大小的Ag纳米粒子被CeO2外壳包裹。与CeO2、Ag纳米粒子和Ag/CeO2催化剂相比,所合成的Ag@CeO2核壳结构纳米复合材料对4-NP和邻硝基苯胺催化加氢反应都表现出较好的催化活性,对应的TOF值分别为138.7 h-1和109.8 h-1;经过10次循环,仍都表现出了优异的活性稳定性。相比之前合成的Ag-SiO2催化剂以及文献报道的催化剂,该Ag@CeO2核壳催化剂的循环稳定性有较大提高。贵金属的价格昂贵且存储量有限,使用非贵金属合成催化剂则表现出了优越的前景。以NaBH4和NH3BH3为共还原剂,通过简单一步共还原法成功地将CoNi纳米粒子负载在还原氧化石墨烯上形成无定型的CoNi/rGO纳米复合材料。结果表明:与单组份地催化剂相比,CoNi双组份催化剂对4-NP催化加氢反应的催化活性更好,且当Co:Ni摩尔比为1:1(即Co0.5Ni0.5/rGO)时的催化活性最高。与多晶型结构Co0.5Ni0.5/rGO-N和Co0.5Ni0.5/rGO-annealed催化剂相比,无定型的Co0.5Ni0.5/rGO催化剂显示出了较好的催化活性,对应的TOF值为38.82 h-1,反应活化能为27.0 kJ mol-1,且经过5次循环后仍表现出较好的循环稳定性。
【关键词】：硝基苯酚 对氨基苯酚 催化 加氢 过渡金属纳米材料
【学位授予单位】：江西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;O643.36
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 引言9-10
• 1.2 对硝基苯酚催化加氢反应10-19
• 1.2.1 对硝基苯酚的性质10
• 1.2.2 对氨基苯酚的性质10-11
• 1.2.3 对硝基苯酚催化加氢的催化剂11-17
• 1.2.3.1 贵金属催化剂11-14
• 1.2.3.2 非贵金属催化剂14-16
• 1.2.3.3 双金属催化剂16-17
• 1.2.4 对硝基苯酚催化加氢的催化机理17-19
• 1.3 本论文的研究目的、意义和主要内容19-20
• 第2章 Ag-SiO_2纳米复合材料的合成及其催化性能20-33
• 2.1 前言20-21
• 2.2 实验部分21-23
• 2.2.1 实验试剂和仪器21-22
• 2.2.2 纳米复合材料的合成及表征22-23
• 2.2.2.1 Ag-SiO_2纳米复合材料的合成22
• 2.2.2.2 负载型Ag/SiO_2催化剂的合成22
• 2.2.2.3 Ag纳米粒子的合成22
• 2.2.2.4 催化剂的表征22-23
• 2.2.3 催化反应性能测试23
• 2.3 结果与讨论23-32
• 2.3.1 纳米复合材料的表征23-26
• 2.3.2 催化还原硝基苯酚反应的催化性能26-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 Ag@CeO_2纳米复合材料的合成及其催化性能33-45
• 3.1 前言33-34
• 3.2 实验部分34-36
• 3.2.1 实验试剂和仪器34-35
• 3.2.2 纳米复合材料的合成与表征35-36
• 3.2.2.1 Ag@CeO_2纳米复合材料的合成35
• 3.2.2.2 Ag/CeO_2催化剂的合成35
• 3.2.2.3 Ag纳米粒子的合成35
• 3.2.2.4 催化剂的表征35-36
• 3.2.3 纳米催化剂的催化性能测试36
• 3.3 结果与讨论36-44
• 3.3.1 催化剂的表征36-40
• 3.3.2 催化还原硝基化合物反应的催化性能40-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 CoNi/rGO纳米复合材料的合成及其催化性能45-57
• 4.1 前言45-46
• 4.2 实验部分46-48
• 4.2.1 实验试剂与仪器46-47
• 4.2.2 纳米催化剂的合成与表征47-48
• 4.2.2.1 CoNi/rGO催化剂的制备47
• 4.2.2.2 Co_(0.5)Ni_(0.5)/rGO-N催化剂的制备47
• 4.2.2.3 Co_(0.5)Ni_(0.5)纳米粒子负载在不同载体催化剂的制备47
• 4.2.2.4 催化剂的表征47-48
• 4.2.3 纳米催化剂的催化性能测试48
• 4.2.3.1 催化剂催化还原对硝基苯酚反应48
• 4.2.3.2 Co_(0.5)Ni_(0.5)/rGO催化剂的循环使用性能48
• 4.3 结果与讨论48-56
• 4.3.1 催化剂的表征48-51
• 4.3.2 催化还原对硝基苯酚反应的催化性能51-56
• 4.4 本章小结56-57
• 结论与展望57-59
• 参考文献59-70
• 个人简历70-71
• 在读研期间公开发表论文及科研情况71-72
• 致谢72

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