碳氮材料负载铂催化剂的制备及在肉桂醛加氢反应中的应用

发布时间：2017-09-03 02:11

  本文关键词：碳氮材料负载铂催化剂的制备及在肉桂醛加氢反应中的应用

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【摘要】：α,β不饱和醛选择性加氢是化工生产的关键反应之一,其产物是香精、香料、化妆品、医药、杀菌剂合成的重要原料和中间体。由于α,β-不饱和醛分子中共轭C=O键和C=C键反应性的差异,导致加氢时一系列的竞争反应和产物的多样化。探索新型加氢催化剂的设计与制备,改善加氢反应的活性与选择性,对于控制化学反应的方向性,提高工业生产的效益具有深远的意义。碳氮材料作为一种新型碳材料,己经成为国际碳材料领域的热点之一。氮的引入,改变了碳材料的组成、结构和性质,成为调控所负载加氢催化剂性能的潜在手段,而赋予碳氮载体材料一定磁性,则可实现选择性加氢反应中非均相催化剂的高效分离与循环使用。本论文工作以铂为活性组分,磁性或非磁性碳氮材料为载体,制备两类催化剂Pt/Fe3O4@C-N及Pt/g-C3N4,考察催化剂在肉桂醛选择性加氢反应中的性能,探索催化剂组成、结构与性能的关系。主要研究内容及结果如下：1、通过溶剂热法合成了磁性Fe304纳米微球,并以水热法将氮掺杂碳(C-N)包覆在Fe304表面,获得磁性核壳结构的Fe3O4@C-N复合载体。以乙二醇为还原性溶剂,氯铂酸为前驱体,通过原位还原将Pt负载到Fe3O4@C-N,制得Pt/Fe3O4@C-N催化剂。采用元素分析、傅利叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)等技术对催化剂进行表征。结果显示：Fe3O4磁性纳米颗粒尺寸均一、呈单分散的球型；氮掺杂碳层包覆在磁核表面,厚度大约10 nm；铂纳米颗粒粒径为2-3 nm,均匀地分散在载体表面,无团聚现象。2、将催化剂Pt/Fe3O4@C-N应用于肉桂醛加氢反应,重点考察了不同氮含量对加氢反应的影响,同时还考察了不同反应温度、氢气压力、负载量对肉桂醛加氢反应的影响及催化剂重复使用性能。研究发现：在相同的反应条件下,氮含量为2.9%时催化活性最佳,肉桂醛转化率为82.6%,肉桂醇的选择性为98%,与未掺杂氮的催化剂相比(肉桂醛转化率65%,肉桂醇选择性93.2%),活性有了明显提升；在外加磁场作用下,催化剂与反应体系可以迅速分离；催化剂使用5次之后,催化活性基本不变,具有较好的循环使用性能。3、以尿素为原料,高温煅烧合成了片层状氮化碳g-C3N4,通过原位还原法载铂得到Pt/g-C3N4催化剂,考察了载体煅烧温度对肉桂醛加氢反应中催化剂性能的影响。结果表明：载体g-C3N4中存在许多含N官能团,有利于Pt纳米颗粒的稳定；金属Pt纳米粒子均匀分散在g-C3N4表面,粒径在2-3 nm之间；载体煅烧温度对催化剂的择性加氢性能有明显影响,550℃煅烧得到的g-C3N4载Pt催化剂,在较温和的条件下表现出较明显的活性,肉桂醛转化率为30%,肉桂醇选择性为66%左右。重复使用3次,催化剂活性基本不变,但与氮掺杂碳为载体的催化剂相比,活性与循环使用性能均有待提高。
【关键词】：磁性 碳氮材料 核-壳结构 Pt 肉桂醛 选择性加氢
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 α,β-不饱和醛加氢反应的介绍及研究现状11-13
• 1.2 肉桂醛选择性加氢反应的研究状况13-18
• 1.3 碳氮材料的研究进展18-24
• 1.3.1 氮化碳的简单介绍18-21
• 1.3.2 氮掺杂碳材料简介21-24
• 1.4 磁性纳米材料24-25
• 1.5 课题研究意义、目标及内容25-27
• 1.5.1 课题研究意义及目标25-26
• 1.5.2 课题研究内容26-27
• 第二章 实验部分27-33
• 2.1 实验试剂和仪器27-28
• 2.1.1 实验试剂27
• 2.1.2 实验仪器27-28
• 2.2 载体与催化的制备28-30
• 2.2.1 磁性纳米粒子Fe_3O_4的制备28
• 2.2.2 磁性载体Fe_3O_4@C-N的制备28-29
• 2.2.3 催化剂Pt/Fe_3O_4@C-N的制备29
• 2.2.4 g-C_3N_4的制备29
• 2.2.5 催化剂Pt/g-C_3N_4的制备29-30
• 2.3 载体及催化剂的表征30-31
• 2.3.1 X射线粉末衍射(XRD)30
• 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)30
• 2.3.3 红外光谱(FT-IR)30
• 2.3.4 电子透射显微镜(TEM、EDS)30
• 2.3.5 电感耦合等离子原子发射光谱(ICP-AES)30
• 2.3.6 元素分析仪30-31
• 2.3.7 X射线光电子能谱(XPS)31
• 2.3.8 Superconducting Quantum Interference Device (SQUID)31
• 2.4 催化加氧反应评价31-33
• 2.4.1 加氢反应步骤31
• 2.4.2 产物分析方法31-33
• 第三章 催化剂Pt/Fe_3O_4@C-N在肉桂醛加氢反应中的应用33-52
• 3.1 引言33-34
• 3.2 实验部分34
• 3.2.1 材料与试剂34
• 3.2.2 载体Fe_3O_4@C-N与催化剂Pt/Fe_3O_4@C-N的制备34
• 3.2.3 催化剂的表征34
• 3.2.4 催化剂活性评价34
• 3.3 结果与讨论34-50
• 3.3.1 材料表征34-44
• 3.3.2 肉桂醛加氢反应性能的评价44-50
• 3.4 本章总结50-52
• 第四章 氮化碳负载铂催化剂对肉桂醛加氢的催化性能52-63
• 4.1 引言52-53
• 4.2 实验部分53
• 4.2.1 材料和试剂53
• 4.2.2 载体与催化剂的制备53
• 4.2.3 催化剂的表征53
• 4.2.4 催化剂活性评价53
• 4.3 结果与讨论53-62
• 4.3.1 材料表征53-59
• 4.3.2 肉桂醛加氢反应性能评价59-62
• 4.4 本章总结62-63
• 第五章 全文总结与课题展望63-65
• 5.1 全文总结63-64
• 5.2 课题展望64-65
• 参考文献65-76
• 攻读学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77-79

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本文编号：782242