生物模板法制备多元金属氧化物孔材料及其催化性能研究

发布时间：2017-08-28 15:08

  本文关键词：生物模板法制备多元金属氧化物孔材料及其催化性能研究

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【摘要】：松节油是一种廉价易得、可再生的天然精油,其主要成分α-蒎烯是萜烯化学中的重要原料,如生产香料、调味剂、药物及农药等。α-蒎烯含有的特殊双环双键结构为其分子改造和化学性质的转变提供了有利条件,其氧化合成高附加值化合物,是α-蒎烯深加工应用的一条重要途径。故针对α-蒎烯结构特点研制出一类绿色、高效的催化材料是目前应用催化领域的研究热点之一。金属氧化物催化剂表现出较好的中低温活性,受到科研工作者的青睐。由类水滑石(HTLcs)层板阳离子的可调变性和一定温度范围内煅烧分解能简便快速的制备出一系列不同组成和性能的高热稳定性金属复合氧化物(LDO),是合成复合金属氧化物的重要途径。目前以天然生物材料为模板的制备技术逐渐发展起来,该法合成的材料能复制模板的原始形貌,拓展金属氧化物结构的多样性。本文将生物模板法与传统共沉淀法相结合,制备了一系列复合金属氧化物孔材料；利用XRD、FT-IR、EDX、SEM、XPS和N2-吸附-脱附等手段对样品进行形貌、结构与化学组成的表征,并研究其对H2O2-α-蒎烯氧化反应的催化性能。采用油菜花粉为生物模板、ZnAlCe-HTLcs晶核溶液为前驱体,辅助微波晶化手段,经原位生长和煅烧,简单温和地合成了ZnAlCe三元复合金属氧化物多孔催化材料(RP-ZnAlCe-LDO)。结果表明,RP-ZnAlCe-LDO能复制花粉模板表面的微纳米结构,多级孔有序排列,孔径分布在2～150 nm范围的介孔与大孔尺寸之间,比表面积达112.94m2/g,具有良好的结晶度,晶型规整；当α-蒎烯/H2O2摩尔比为1:1、催化剂用量为15.0 mg、2 mL溶剂(V(乙酸乙酯):V(水)=4:1)、30℃下反应6h时α-蒎烯转化率可达64.49%,产物2,3-环氧蒎烷、马鞭草烯醇、马鞭草烯酮的选择性分别为41.52%、23.07%、26.95%。以马铃薯淀粉为生物模板,结合传统共沉淀法,通过陈化及煅烧过程,制备了一系列双金属复合氧化物,研究了煅烧温度对其结构的影响。结果表明,淀粉以“嵌入”式发挥模板作用制备出具有大量孔径分布在介孔(2～5 nm)和大孔尺寸之间的孔结构的双金属复合氧化物多孔材料,该材料具有较高的比表面积(767.36 m2/g)、良好的结晶度、高热稳定性和对H2O2-α-蒎烯氧化反应具有一定催化活性和良好的氧化选择性。采用淀粉模板法制备了具有独特形貌的MgZnAlFe四元复合金属氧化物多孔催化材料(PS-MgZnAlFe-LDO),其比表面积高达760.90 m2/g;研究了PS-MgZnAlFe-LDO的催化性能,结果表明,该多孔材料对H2O2-α-蒎烯氧化反应具有较好的催化效果,在所得最佳催化条件下：α-蒎烯/H2O2摩尔比为1:1.2,催化剂用量为6.0 mg,溶剂为2 mLV(DMF):V(水)=4:1的混合溶液、20℃下反应8h时,α-蒎烯转化率可达65.21%,产物2,3-环氧蒎烷、马鞭草烯醇、马鞭草烯酮的选择性分别为65.87%、19.09%、12.23%,且催化剂循环使用至第5次时α-蒎烯转化率仍达47.01%。
【关键词】：生物模板法 复合氧化物 α-蒎烯 催化氧化
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 烯烃氧化反应催化体系10-13
• 1.2.1 金属纳米材料催化体系10
• 1.2.2 金属氧化物催化体系10
• 1.2.3 金属配合物催化体系10-12
• 1.2.4 金属卟啉催化体系12-13
• 1.2.5 其他催化体系13
• 1.3 金属氧化物多孔材料13-15
• 1.3.1 金属氧化物多孔材料的特性及应用13-14
• 1.3.2 金属氧化物多孔材料的制备方法14-15
• 1.4 生物模板法15-17
• 1.4.1 生物模板法的研究现状15-16
• 1.4.2 生物模板的分类16-17
• 1.4.3 生物模板法制备金属氧化物的研究意义17
• 1.4.4 生物模板法制备金属氧化物存在的问题及面临的挑战17
• 1.5 α-蒎烯催化氧化反应17-19
• 1.5.1 α-蒎烯氧化反应的简介及研究意义17-18
• 1.5.2 α-蒎烯氧化反应的催化剂研究进展18-19
• 1.5.3 α-蒎烯氧化反应存在的问题及面临的挑战19
• 1.6 论文主要研究内容19-20
• 2 油菜花粉模板法制备ZnAlCe复合金属氧化物孔材料及其催化性能研究20-33
• 2.1 引言20
• 2.2 实验部分20-24
• 2.2.1 实验试剂与仪器20-21
• 2.2.2 ZnAlCe三元复合金属氧化物的制备21-22
• 2.2.3 催化剂表征22
• 2.2.4 催化剂催化性能测试22-24
• 2.3 结果与讨论24-32
• 2.3.1 多孔ZnAlCe三元复合氧化物的形貌与结构表征24-29
• 2.3.2 多孔ZnAlCe三元复合氧化物形成机理29-30
• 2.3.3 多孔ZnAlCe三元复合金属氧化物的催化性能30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 淀粉模板法双金属复合氧化物孔材料的制备与表征33-43
• 3.1 引言33
• 3.2 实验部分33-35
• 3.2.1 实验试剂与仪器33
• 3.2.2 双金属复合氧化物的制备33-34
• 3.2.3 煅烧温度对制备双金属复合氧化物的考察34
• 3.2.4 双金属复合氧化物的表征34
• 3.2.5 催化剂催化性能测试34-35
• 3.3 结果与讨论35-42
• 3.3.1 多孔双金属复合氧化物的形貌与结构表征35-41
• 3.3.2 双金属复合氧化物的催化性能分析41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 淀粉模板法制备MgZnAlFe复合金属氧化物孔材料及其催化性能的研究43-55
• 4.1 引言43
• 4.2 实验部分43-44
• 4.2.1 实验试剂与仪器43
• 4.2.2 多元复合金属氧化物的制备43-44
• 4.2.3 催化剂表征44
• 4.2.4 催化剂催化性能测试44
• 4.3 结果与讨论44-54
• 4.3.1 多孔复合氧化物的形貌与结构表征分析44-49
• 4.3.2 多孔复合金属氧化物的催化性能49-54
• 4.4 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-65
• 攻读学位期间发表的学术论文65-66
• 致谢66-67

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本文编号：748251