SBA-16负载金属簇催化剂及其催化性能研究

发布时间：2017-09-09 21:21

  本文关键词：SBA-16负载金属簇催化剂及其催化性能研究

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【摘要】：有序介孔硅材料是通过有机模板剂(表面活性剂)分子在溶剂中自组成有序结构,与引入的无机硅源物种之间的相互作用,合成的孔径在2~50nm之间的无机多孔材料。其中SBA-16材料具有三维立方结构,传输性及扩散性良好,从而在催化反应、药物载体、吸附分离等方面具有广泛的应用价值。本论文首先研究了以介孔分子筛SBA-16为载体,利用自由配体法将Rh Cl(TPP)3配合物封装于SBA-16介孔分子筛的三维立方笼形孔道中,制备了RhCl(TPP)3/SBA-16主客体催化剂材料,采用ICP-AES、XRD、N2吸附-脱附、SEM、TEM、FT-IR对催化剂的结构形态和表面性质进行了表征,结果表明采用自由配体法可将RhCl(TPP)3有效封装于SBA-16介孔分子筛中。将合成的RhCl(TPP)3/SBA-16催化剂用于醋酸甲酯羰基化反应中,考察了活性组分Rh负载量、配体加入量、反应温度和反应时间对原料醋酸甲酯的转化率、产物收率和选择性的影响。活性组分Rh负载量0.48mmol/g、配体加入量3.90mmol/g、反应温度160℃、反应时间6h的最佳反应条件下,醋酸甲酯转化率高达79.5%,二醋酸亚乙酯选择性为67.7%。该催化剂在所考察的反应条件下具有良好的稳定性。其次,采用等体积浸渍法制备不同钒负载量的SBA-16分子筛催化剂,利用XRD、SEM、TEM和N2吸附-脱附等方法对样品进行了结构表征,结果表明合成的SBA-16负载V基催化剂具有高的比表面积、窄的孔径分布及有序的三维立体孔道结构。应用FT-IR、NH3-TPD、CO2-TPD、H2-TPR等方法对催化剂表面的活性组分进行了表征和分析,发现催化剂表面高分散的VOx是乙苯脱氢反应的主要活性物种,V2O5晶体对乙苯脱氢反应有一定抑制作用。研究了以VOx/SBA-16为催化剂、CO2氧化乙苯的性能,发现催化剂VOx/SBA-16(1.2mmol/g)用量为300mg,CO2气体流量为13.3mL/min,乙苯流量为0.3mL/h,温度550℃下连续反应12h时,催化活性较好,乙苯转化率为46.54%,苯乙烯选择性在为98.0%以上。同时在较佳的反应条件下对合成的VOx/SBA-15、VOx/MCM-41催化剂进行催化性能测试,对比3种载体改性催化剂后对反应产物选择性和收率的影响,得出钒物种负载于SBA-16分子筛后催化产品收率高于SBA-15和MCM-41分子筛。
【关键词】：有序介孔硅材料 固载均相催化剂 羰基化 VOx/SBA-16
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 文献综述及选题意义12-38
• 1.1 介孔材料简介12-13
• 1.2 介孔材料的分类13-17
• 1.2.1 M41S系列介孔材料13-14
• 1.2.2 SBA系列介孔材料14-16
• 1.2.3 其他系列介孔材料16-17
• 1.3 介孔材料的合成方法17-18
• 1.3.1 水热晶化合成法17
• 1.3.2 微波辐射合成法17-18
• 1.3.3 非水体系合成法18
• 1.3.4 其他合成方法18
• 1.4 介孔材料合成机理18-21
• 1.4.1 液晶模板机理19
• 1.4.2 协同作用机理19-20
• 1.4.3 棒状自组装模型20
• 1.4.4 电荷密度匹配机理20-21
• 1.5 介孔材料功能化修饰21-22
• 1.6 介孔材料的应用22-26
• 1.6.1 酸催化反应22-23
• 1.6.2 氧化还原反应23-24
• 1.6.3 手性催化反应24
• 1.6.4 吸附剂24-25
• 1.6.5 药物载体25-26
• 1.6.6 其他方面的应用26
• 1.7 本研究选择的典型催化反应26-27
• 1.7.1 醋酸甲酯羰基化反应26
• 1.7.2 二氧化碳氧化乙苯脱氢反应26-27
• 1.8 选题意义及研究内容27-29
• 参考文献29-38
• 第二章 实验材料与实验方法38-46
• 2.1 主要实验试剂及实验设备38-39
• 2.1.1 主要实验试剂38
• 2.1.2 主要实验仪器设备38-39
• 2.2 样品的分析表征方法39-41
• 2.2.1 粉末X射线衍射(XRD)分析39
• 2.2.2 N_2吸附-脱附分析39-40
• 2.2.3 扫描电子显微镜(SEM)表征40
• 2.2.4 透射电子显微镜(TEM)表征40
• 2.2.5 红外光谱(FT-IR)分析40
• 2.2.6 NH_3-TPD分析40
• 2.2.7 氢气程序升温还原(H_2-TPR)分析40
• 2.2.8 元素分析(ICP-AES)表征40-41
• 2.3 催化性能评价41-46
• 2.3.1 SBA-16介孔分子筛固载RhCl(TPP)_3催化醋酸甲酯羰基化41-43
• 2.3.2 VO_x/SBA-16介孔材料催化CO_2乙苯脱氢性能研究43-46
• 第三章 RhCl(TPP)_3/SBA-16的合成及其催化性能研究46-60
• 3.1 引言46
• 3.2 催化剂的制备46-47
• 3.2.1 SBA-16载体的制备46-47
• 3.2.2 负载型RhCl(TPP)_3/SBA-16的制备47
• 3.2.3 均相RhCl(TPP)_3的制备47
• 3.3 催化剂的表征47-53
• 3.3.1 XRD分析47-48
• 3.3.2 N_2吸附-脱附分析48-50
• 3.3.3 FT-IR分析50
• 3.3.4 SEM表征50-51
• 3.3.5 TEM表征51-52
• 3.3.6 NH_3-TPD分析52-53
• 3.4 催化反应条件的确定53-55
• 3.4.1 活性组分铑负载量的影响53-54
• 3.4.2 配体与活性组分摩尔比的影响54
• 3.4.3 温度的影响54-55
• 3.4.4 反应时间的影响55
• 3.5 催化剂效果对比55-56
• 3.6 催化剂的循环使用性能56-57
• 3.7 本章小结57-58
• 参考文献58-60
• 第四章 VO_x/SBA-16介孔材料合成及其催化性能研究60-82
• 4.1 引言60
• 4.2 催化剂制备60-62
• 4.2.1 SBA-16载体的制备60
• 4.2.2 SBA-15载体的制备60-61
• 4.2.3 MCM-41载体的制备61
• 4.2.4 VO_x/SBA-16催化剂制备61
• 4.2.5 VO_x/SBA-15催化剂制备61-62
• 4.2.6 VO_x/MCM-41催化剂制备62
• 4.3 催化剂的表征62-75
• 4.3.1 XRD分析62-66
• 4.3.2 N_2吸附-脱附分析66-72
• 4.3.3 SEM表征72
• 4.3.4 TEM表征72-73
• 4.3.5 H_2-TPR分析73-75
• 4.4 催化性能评价75-78
• 4.4.1 负载量的影响75-76
• 4.4.2 CO_2作用分析76-77
• 4.4.3 催化剂寿命考察77-78
• 4.5 本章小结78-79
• 参考文献79-82
• 第五章 总结与展望82-84
• 5.1 论文总结82
• 5.2 工作展望82-84
• 致谢84-86
• 硕士期间研究成果86

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