铜双金属催化剂的制备、表征及其在气相醇选择性氧化反应中的应用

发布时间：2018-01-09 09:25

本文关键词：铜双金属催化剂的制备、表征及其在气相醇选择性氧化反应中的应用　出处：《华东师范大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：在有机合成领域,醇选择性地氧化为相应的羰基化合物是最重要的化学反应之一。醛酮被广泛用作溶剂、聚合物前驱体、香料中的高附加组分以及染料和药物的中间体。传统的制备醛酮的方式需要加入大量昂贵且毒性的铬酸盐或高锰酸盐氧化剂,造成了极大的污染和浪费。"绿色化学"的理念要求我们实现原子经济和绿色环保的生产方式。因此近年来人们采用绿色的氧气或双氧水作为氧化剂在多相催化醇选择性氧化领域展开了大量研究工作。气相醇选择性氧化采用氧气为氧化剂,解决了产物和催化剂的分离难题,能够无溶剂地连续生产,更适用于工业生产大宗醛酮产品。负载型金属催化剂如金、钯、银和铜等在气相醇氧化中研究广泛,其中铜基催化剂成本较低、制备简单,具有非常高的催化活性,对于工业应用有更广阔的前景。单金属催化剂结构单一,往往需要小粒径才能具有高的催化活性。双金属催化剂不仅可以突破单金属催化剂的"尺寸效应",而且两种组分之间能够产生"协同效应",在现代化工行业更具潜力。基于以上分析,本文以分子氧为氧化剂,采用负载型双金属为催化剂,对醇气相催化氧化体系展开深入研究:1.铜双金属催化剂在气相苯甲醇氧化反应中的应用研究我们分别制备了以SBA-15和SiC为载体的AuCu双金属催化剂,通过催化剂活性、使用寿命和热稳定性三个方面的比较进行载体的筛选。结果表明,高导热性的SiC作为载体表现更为出色。以其作为载体制备了一系列双金属催化剂,确定了最佳催化剂制备条件:300℃焙烧2 h后进行380℃预活化0.5 h。研究发现:1.双金属催化剂活性优于单金属催化剂;2.三种铜基双金属催化剂活性优于其他双金属催化剂;3.AuCu/SBA-15催化剂活性较差,因其活性组分是活性很弱的CuO,而非其他催化剂的高活性位Cu_2O;AgCu/SiC催化剂催化活性最高,转化率和选择性分别达到99.3%和99.6%,且其成本相对较低低,更有利于工业应用。2.AgCu/SiC在气相辞氧化反应中的低温高活性催化性能研究预活化的Ag_(2.5)Cu_5/SiC催化剂具有卓越的催化性能:在280℃,重时空速10 h-1,氧醇比0.6条件下,苯甲醇转化率达到99.3%,选择性达到99.6%,催化剂使用寿命可达215h,并对其他醇具有良好的普适性。将Ag_(2.5)Cu_5/SiC催化剂的导热性和催化活性与文献报道的催化剂进行对比,可以看到该催化剂导热性良好且具有非常优异的催化活性。表征结果表明,催化剂的高活性源于预活化过程后形成的Ag-Cu_2O复合结构。其中Cu_20在复合活性位中起了关键作用,Cu_2O的含量直接反映了催化剂的活性高低,催化剂失活也正是由Cu_2O在反应中逐步还原为CuO造成的;Ag的作用主要体现在形成的Ag-Cu_2O结构提升了催化剂的稳定性。O_2-TPD确认了 AgCu/SiC催化醇氧化遵循催化脱氢过程,该过程体现了 Ag和Cu_2O的协同作用。O_2作为氧化剂在醇氧化中具有不可或缺的作用,这进一步证实了催化脱氢机理。
[Abstract]:in that field of organic synthesis , the selective oxidation of alcohol to the corresponding carbonyl compound is one of the most important chemical reaction . The catalytic activity of Ag _ ( 2.5 ) Cu _ 5 / SiC catalyst was higher than that of other bimetallic catalysts . The results showed that the activity of Cu _ 2O was better than that of other bimetallic catalysts .

【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36;O621.254.1

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