铁、氮掺杂碳材料催化剂及其还原芳香族硝基化合物催化性能研究

发布时间：2020-04-17 15:01

【摘要】：芳胺是一种广泛应用于合成药物和表面活性剂的中间体,具有极高的工业价值。因此,选择性催化还原芳香族硝基化合物形成对应的芳胺被认为是合成有机化学中最重要和最具挑战的任务之一。过渡金属负载或非金属杂原子掺杂的催化剂,由于其丰富的地球储存量,价格低廉,易获得的高比表面积及热稳定性等优点,可替代贵金属用于选择性催化芳香族硝基化合物加氢反应。因此,通过设计开发具备高催化活性且可稳定循环利用的过渡金属或非金属杂原子基多孔碳材料显得尤为重要。本论文主要以水合肼为氢源,探究不同催化剂体系下芳香族硝基化合物选择性加氢的效果。筛选出最优催化剂的制备条件,最佳催化性能的反应条件,通过催化剂的形态特征、结构组成等表征参数分析影响催化活性和选择性的综合因素。此外,探讨最优催化剂在芳香族硝基化合物中的广泛适用性,并进行多次重复实验考察催化剂的稳定性。工作主要分为两部分:第一部分:利用豆粕一步法热解制备含氮量丰富(RNC,6.5 wt%)的多孔碳材料,经KOH活化可得到711.9 m~2/g的比表面积,并且详细地解释了原位合成的丰富氮物种可以导致邻位碳电荷离域并产生更多的缺陷位点,形成类金属活性从而提高还原硝基化合物的速率。最终反应结果表明,对氯硝基苯在5小时达到完全转化而且没有脱氯现象发生,该催化剂的优点在于比贵金属催化剂具有显著的化学选择性,比同类的非金属催化剂所需要的反应温度低。第二部分:将二茂铁甲醛和对苯二胺通过简单的热聚合反应形成多孔有机聚合物(POP),然后在惰性气氛下碳化制备γ-Fe_2O_3纳米颗粒负载的含氮多孔碳材料(γ-Fe_2O_3/NPC)。氮原子和铁原子之间通过协同作用实现双功能催化加氢,其中γ-Fe_2O_3纳米颗粒含量为34.5 wt%。结果表明,反应时间达到80分钟时,催化剂可达到99.8%的转化率和接近100%的选择性。即使重复使用多次,催化剂仍能保持稳定的催化活性和超高的选择性。
【图文】：

曲线,FT-IR光谱,样品,程度

图 2-1 RNC 的 TGA 曲线（a），不同碳化程度样品的 FT-IR 光谱（b）图 2-1a 为 RNC 材料热重分析（TGA）曲线，，实验条件控制在 N2氛围下，以 10 ℃/min 的升温速率从 25 ℃加热到 900 ℃。煅烧温度达到 189.6 ℃时，样品

解吸等温线,N2吸附,热解温度,催化剂

图 2-2 不同热解温度下 RCN 催化剂的 N2吸附-解吸等温线（a）和孔径分布曲线（b）对碳化后 RNC 材料的 N2吸附-解吸等温线分析。结果如图 2-2 所示，相关表面积及孔隙度相关参数见表 2-1。图 2-2a 所示，RNC-X（X = 600-900 ℃）样
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ426;TQ246.3

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