铁基纳米材料催化醇分子的选择性转化研究

发布时间：2017-08-29 22:19

  本文关键词：铁基纳米材料催化醇分子的选择性转化研究

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【摘要】：近年来,使用纳米材料催化醇转化合成羰基化合物已逐渐成为催化领域的研究热点之一。本论文分别考察了铁催化剂在芳香醇选择性氧化及甘油乙酰化反应中的影响因素,实现了醇分子高效转化合成芳香醛以及三乙酸甘油酯的反应过程,并且用铁基纳米材料作催化剂具有催化活性高、易分离和循环性好等优点,因此,该项研究具有重要的科学意义和应用前景。首先,论文中研究了铁掺杂型石墨烯负载金属纳米粒子对芳香醇选择性氧化的反应。其中铁掺杂型石墨烯材料用葡萄糖与三氯化铁为原料制备得到,然后借助沉积沉淀法负载金属粒子Au、Pd或Pt等制出相应的Au/Fe-Gr、Pd/Fe-Gr、Au-Pd/Fe-Gr、Pt/Fe-Gr催化剂,使用红外(IR)、热重(TG)、X射线衍射(XRD)、物理吸附仪(BET)、化学吸附仪(TPD)等多种手段对合成的催化剂进行表征,进而考察其在苯甲醇的选择性氧化反应中的催化活性。研究结果表明,Au/Fe-Gr和Au-Pd/Fe-Gr催化剂对苯甲醇氧化的效果较好,例如,以Au/Fe-Gr为催化剂,在助剂碳酸钾存在下,于甲醇溶剂中通入氧气反应8h,苯甲醇的转化率为96.2%,苯甲酸甲酯的选择性为99.9%;而以Au-Pd/Fe-Gr为催化剂,在无助剂的条件下,于正丁醇溶剂中反应6 h,苯甲醇转化率为89.1%,苯甲醛的选择性为87.5%;然后将上述催化体系用于其它芳香醇的氧化反应中时,发现对甲氧基苯甲醇及肉桂醇等也具有较好的氧化效果。另外根据实验现象和对照实验数据,提出了铁基纳米材料催化苯甲醇选择性氧化的反应机理。另一方面,论文中还研究了含铁固体酸催化剂对甘油乙酰化反应的影响。用共沉淀法制备出Fe-Sn-Ti(SO_4~(2-))-T系列催化剂,并将其应用于甘油与乙酸酐的反应中,结果发现以Fe-Sn-Ti(SO_4~(2-))-400为催化剂时反应效果最好,然后又对温度、时间的影响及催化剂的循环使用情况进行了研究,发现在80°C下反应30 min时反应效果最佳,甘油的转化率可达100%,三乙酸甘油酯的选择性可达99%。另外还对催化剂进行了红外、X射线衍射、物理吸附、热重等物理性质表征;最后,通过表征结果及实验数据提出了酯化过程的反应机制。
【关键词】：铁基纳米材料 芳香醇 选择性氧化 甘油乙酰化 三乙酸甘油酯
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 文献综述10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 芳香醇选择性转化的研究基础10-12
• 1.2.1 苯甲醇10-11
• 1.2.2 苯甲醛11
• 1.2.3 苯甲酸甲酯11-12
• 1.3 芳香醇选择性转化的研究进展12-17
• 1.3.1 氧源的选择12
• 1.3.2 催化剂的选择12-16
• 1.3.3 助剂的选择16-17
• 1.3.4 溶剂的选择17
• 1.4 甘油乙酰化作用的研究基础17-18
• 1.4.1 丙三醇17
• 1.4.2 乙酸甘油酯17-18
• 1.5 甘油乙酰化作用的研究进展18-19
• 1.6 选题意义19-20
• 1.7 研究内容20-21
• 第二章 铁掺杂的石墨烯负载的金属纳米粒子对芳香醇的选择性氧化的研究21-37
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-26
• 2.2.1 实验试剂21-23
• 2.2.2 实验仪器23-24
• 2.2.3 实验步骤24-25
• 2.2.4 催化剂的制备25-26
• 2.3 催化剂的表征26-30
• 2.3.1 不同催化剂的XRD谱图26-27
• 2.3.2 不同催化剂的NH_3-TPD谱图27-28
• 2.3.3 不同催化剂的HRSEM图28
• 2.3.4 不同催化剂的拉曼光谱28-29
• 2.3.5 不同催化剂的TG-DTG图29-30
• 2.3.6 不同催化剂的BET测试30
• 2.4 负载型纳米金属催化剂对芳香醇的选择性氧化30-36
• 2.4.1 甲醇溶剂中不同金属负载的催化剂对苯甲醇选择性氧化的影响31-32
• 2.4.2 反应助剂对苯甲醇选择性氧化的影响32
• 2.4.3 溶剂对苯甲醇选择性氧化的影响32-33
• 2.4.4 反应时间对苯甲醇选择性氧化的影响33-34
• 2.4.5 不同芳香醇的选择性氧化34-35
• 2.4.6 苯甲醇氧化的反应机理35-36
• 2.5 本章结论36-37
• 第三章 磁性固体酸催化甘油乙酰化制备乙酸甘油酯的研究37-49
• 3.1 引言37
• 3.2 实验部分37-39
• 3.2.1 实验试剂37-38
• 3.2.2 实验设备38
• 3.2.3 实验步骤38
• 3.2.4 催化剂的制备38-39
• 3.3 催化剂的表征39-43
• 3.3.1 不同催化剂的IR光谱39-40
• 3.3.2 不同催化剂的XRD谱图40
• 3.3.3 不同催化剂的TG分析40-41
• 3.3.4 不同催化剂的BET测试结果41-42
• 3.3.5 不同催化剂的NH_3-TPD测试结果42-43
• 3.4 磁性固体酸催化剂在甘油乙酰化反应中的催化性能43-48
• 3.4.1 催化剂对甘油与乙酸酐反应的影响43-44
• 3.4.2 温度对甘油与乙酸酐乙酰化反应的影响44-45
• 3.4.3 反应时间对甘油与乙酸酐乙酰化反应的影响45-46
• 3.4.4 不同温度下甘油与乙酸乙酰化的反应46-47
• 3.4.5 催化剂的循环使用47
• 3.4.6 甘油乙酰化的反应机理的研究47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 结论及展望49-50
• 4.1 结论49
• 4.2 展望49-50
• 参考文献50-57
• 发表论文和科研情况说明57-58
• 致谢58-59

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