当前位置:主页 > 硕博论文 > 工程博士论文 >

纳米金功能化复合催化剂的制备、表征及其在选择性氧化中的应用

发布时间:2018-08-07 15:51
【摘要】:有机物选择性氧化涉及到化工生产诸多方面,在化学工业中占有重要的地位。但是有机物的选择性氧化过程由于存在较多的平行反应和串联反应,尤其是在高温条件下因催化剂不佳致副反应发生较为严重,使目标产物选择性降低。因此温和条件下高活性、高选择性催化氧化引起了广泛的重视,但也是一项具有巨大挑战性的课题。为此,本论文展开纳米金功能化复合催化剂的制备、表征及其在选择性氧化中的应用研究。论文分为七章,研究了锰卟啉金属有机骨架负载的纳米金催化剂Au/MnPS的制备、表征及其环己烯选择性氧化的反应性能;研究了以金为中心的金属有机框架催化剂AuBTC的制备、表征及其苯甲醇的选择性氧化性能;研究了内壁涂覆纳米金催化剂Au/Al_2O_3微通道反应器的制备及其环己烷选择性氧化性能。具体结论如下:首先,采用水热合成法和浸渍法成功制备了 Au/MnPS。该催化剂TEM表征显示MnPS晶体为深色立方晶体状结构,部分为浅色无定形絮凝状结构,存在大颗粒的金和粒径小于10nm的纳米金,说明纳米金被成功负载;XRD表征显示MnPS结构与碳酸锰相似,为进一步推测其真实结构提供了可能。Au/MnPS催化环己烯选择性氧化性能表明,反应溶剂,氧化剂,温度,反应时间,反应压力,催化剂用量,金负载量等工艺条件均对反应性能均有影响。对于釜内常压环己烯氧化而言,反应物环己烯量为10mmol,Au/MnPS金负载量为2wt%,催化剂用量为0.2g,乙腈为溶剂,含少量水的叔丁基过氧化氢为氧化剂,反应温度35℃,反应时间15h的工艺条件较佳,此时环己烯转化率最高为76.7%,环氧环己烷选择性为75.1%;对于釜内高压分子氧的环己烯氧化而言,反应物环己烯量为10mmol,Au/MnPS金负载量为0.25%,催化剂用量为0.1g,乙腈为溶剂,4-5滴TBHP为引发剂,反应温度120℃,反应压力1.2MPa,反应时间10h的工艺条件较佳,此时环己烯转化率最高为88.4%,环氧环己烷选择性为83.0%。该催化剂重复使用4次没有明显的活性损失,说明其具有较好的循环催化性能。然后,采用水热合成法成功制备了 AuBTC催化剂。该催化剂XRD表征显示其具有与HKUST-1(CuBTC)相似的晶体结构,金已形成其晶体结构;SEM表征显示,金和均苯三甲酸在水热合成后形成了 一种新的晶体,这种晶体具有片层组成的柱状结构。AuBTC用于苯甲醇的分子氧选择性氧化反应性能研究表明,反应时间、反应温度、催化剂用量等工艺条件对反应催化性能均有影响。反应物苯甲醇量为10mmol,乙腈为溶剂,4-5滴TBHP为引发剂,催化剂用量为0.10g,反应时间为15h,反应温度为80℃,反应压力为1.0MPa的工艺条件较佳,此时苯甲醇转化率最高为11.8%,苯甲醛选择性为90.3%。该催化剂循环性能研究表明,催化剂重复使用后苯甲醛的选择性下降较快。最后,采用自主创新的内壁涂覆方法成功制备了内壁涂覆纳米金催化剂Au/Al_2O_3微通道反应器。Au/Al_2O_3催化剂的TEM和XRD表征显示催化剂内纳米金颗粒均匀分散于超细氧化铝载体;催化剂涂覆前后的微管内SEM表征显示酸洗微管内壁对于增强催化剂和管壁之间的结合具有一定的促进作用。反应温度为180℃,反应压力为3MPa,停留时间为4min,氧气和环己烷的气液摩尔比为0.3:1的工艺条件较佳,此时环己烷的转化率为2.09%,环己醇,环己酮,环己基过氧化氢和己二酸的选择性分别为29.4%,39.9%,2.46%和18.9%。实验表明不锈钢微管内涂覆负载型纳米金催化剂是可行的,并且能显著缩短反应的时间和提高反应操作运行过程的安全性。综上所述,纳米金功能化复合催化剂对于有机物的选择性氧化不但具有优良的效果和较大的工业应用潜力,而且具有很高的学术研究价值,值得进一步深入探究。
[Abstract]:Selective oxidation of organic matter is involved in many aspects of chemical industry and occupies an important position in the chemical industry. However, the selective oxidation process of organic compounds is due to the existence of more parallel and series reaction, especially in the high temperature conditions, which causes the adverse reaction of the catalyst to be more serious, so that the target product is selectively reduced. High activity and high selectivity catalytic oxidation under mild conditions have attracted wide attention, but it is also a very challenging task. For this reason, the preparation, characterization and application of nano gold functionalized composite catalysts were studied in this paper. The paper is divided into seven chapters. The load of manganese porphyrin metal organic skeleton is studied. The preparation, characterization of Au/MnPS and the selective oxidation of cyclohexene, the preparation of gold centered metal organic framework catalyst AuBTC, characterization and selective oxidation of benzyl alcohol, the preparation of Au/ Al_2O_3 microchannel reactor and its cyclohexane selection on the inner wall coated gold nanoparticle catalyst were studied. The specific conclusions are as follows: first, Au/MnPS. was successfully prepared by hydrothermal synthesis and impregnation. The TEM characterization of the catalyst showed that the MnPS crystal was a dark cubic crystal structure, part of which was light colored amorphous structure, and the gold and particle size of large particles were less than 10nm, indicating that gold nanoparticles were successfully loaded; XRD table. It shows that the structure of MnPS is similar to manganese carbonate, which provides the possible selective oxidation performance of.Au/MnPS catalyzed cyclohexene. The reaction solvent, oxidizer, temperature, reaction time, reaction pressure, the amount of catalyst, the amount of gold load and so on all have influence on the reaction performance. In addition, the amount of cyclohexene is 10mmol, the amount of Au/MnPS gold load is 2wt%, the amount of catalyst is 0.2g, acetonitrile is the solvent and the tert butyl peroxide containing a small amount of water is used as oxidant. The reaction temperature is 35 C and the reaction time 15h is better. At this time, the conversion rate of cyclohexene is the highest and the epoxide cyclohexane is 75.1%, and the height of the cyclohexane is 75.1%. As for cyclohexene oxidation, the amount of cyclohexene is 10mmol, the amount of Au/MnPS gold load is 0.25%, the amount of catalyst is 0.1g, the acetonitrile is the solvent, the 4-5 drop TBHP is the initiator, the reaction temperature is 120, the reaction pressure is 1.2MPa, the reaction time 10h is better, the conversion rate of cyclohexene is the highest at this time, and the epoxide cyclohexane is selective. 83.0%. the catalyst was reused for 4 times without obvious loss of activity, indicating that the catalyst had good cyclic catalytic performance. Then, AuBTC catalyst was successfully prepared by hydrothermal synthesis. The catalyst XRD showed that the catalyst had a crystal structure similar to HKUST-1 (CuBTC), and gold had formed its crystal structure; SEM characterization showed gold and average benzene. After hydrothermal synthesis of formic acid, a new crystal has been formed. This crystal has a lamellar structure of columnar structure.AuBTC used in the selective oxidation of benzyl alcohol by molecular oxygen. The reaction time, reaction temperature, and the amount of catalyst have an effect on the catalytic performance. The amount of benzyl alcohol in the reactant is 10mmol, acetonitrile. For the solvent, 4-5 drops of TBHP as an initiator, the amount of catalyst is 0.10g, the reaction time is 15h, the reaction temperature is 80, the reaction pressure is 1.0MPa, the conversion rate of benzyl alcohol is 11.8%, the selectivity of benzaldehyde is 90.3%., the cycle performance of the catalyst is clear, and the selectivity of benzaldehyde after the reuse of the catalyst is better than that of the catalyst. Finally, the TEM and XRD of the Au/Al_2O_3 microchannel reactor.Au/Al_2O_3 catalyst for the inner wall coated nano gold catalyst were successfully prepared by the internal wall coating method of independent innovation. The nano gold particles in the catalyst were uniformly dispersed in the ultrafine alumina carrier, and the inner wall of the acid washing microtubule was displayed by the SEM characterization in the microtubule before the catalyst coating. The reaction temperature is 180 C, the reaction pressure is 3MPa, the retention time is 4min, the gas and liquid molar ratio of oxygen and cyclohexane is better than 0.3:1, and the conversion rate of cyclohexane is 2.09%, cyclohexanol, cyclohexanone, cyclohexyl hydrogen peroxide and adipic acid are selected. The 29.4%, 39.9%, 2.46% and 18.9%. experiments showed that the coated nano gold catalyst coated with the stainless steel microtubule was feasible and could significantly shorten the time of the reaction and improve the safety of the operation process. In summary, the nano gold functionalized composite catalyst not only had good effect on the selective oxidation of organic matter. It has great potential for industrial application, and has high academic research value. It is worth further exploring.
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ426

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 胡健,许广华;认知纳米及其应用[J];工业技术经济;2001年04期

2 ;纳米新产品[J];黄金科学技术;2002年01期

3 张百奇;纳米金的应用[J];黄金;2003年06期

4 马琨;透视"纳米热"[J];深圳特区科技;2004年Z4期

5 萧斌;;当“纳米”与“化工”相遇——记湘潭大学化工学院副院长周继承教授[J];中国高校科技与产业化;2009年06期

6 汤倩;张燕;王钜;;纳米科技及其在地学上应用[J];科技传播;2010年22期

7 蒋国翔;沈珍瑶;牛军峰;庄玲萍;何天德;;环境中典型人工纳米颗粒物毒性效应[J];化学进展;2011年08期

8 丹丘生;;纳米金粒子的妙用[J];大科技(科学之谜);2012年11期

9 滑晓晖;纳米新产品——黄金新的工业用途[J];江西地质;2001年03期

10 ;国外纳米进展[J];中国新技术新产品精选;2001年Z1期

相关会议论文 前10条

1 廉学明;金洁;田佳;赵汉英;;具有温度响应可逆收缩的纳米金球簇[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2009年

2 李传新;潘春旭;;纳米科技现状及展望[A];中南地区第十六届电子显微镜学术交流会论文集[C];2007年

3 何微娜;林丰;郭祥群;;自旋标记-发光纳米金多模式探针研究[A];中国化学会第28届学术年会第9分会场摘要集[C];2012年

4 余玲;张彦峥;王亚丹;张银堂;徐茂田;;非标记纳米金光谱法检测雌激素[A];中国化学会第28届学术年会第9分会场摘要集[C];2012年

5 郭彬;李青山;;纳米功能性纺织品的最新研究进展[A];雪莲杯第10届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2010年

6 贾文峰;李津如;林官华;江龙;;简单方法制备单分散纳米金花及其表面拉曼增强应用[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年

7 李竟先;鄢程;吴基球;;纳米颗粒制备过程中的机械力化学效应[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2001年

8 唐芳琼;;尺寸、结构、形貌可控纳米颗粒制备与调变技术开发[A];纳微粉体制备与应用进展——2002年纳微粉体制备与技术应用研讨会论文集[C];2002年

9 李军;纪小慧;洪霞;王连英;贾若昆;菅文平;白玉白;;基于纳米晶特性的免疫检测研究[A];2003年纳米和表面科学与技术全国会议论文摘要集[C];2003年

10 袭著革;;纳米毒理学研究进展[A];中国毒理学会环境与生态毒理学专业委员会成立大会会议论文集[C];2008年

相关重要报纸文章 前10条

1 本报记者 刘俊;“纳米食品”安全存疑[N];广州日报;2010年

2 张阳德;我国纳米生物医药科技发展的战略思考[N];科技日报;2003年

3 本报记者 童岱;刘扬:发现“神水”之毒[N];北京科技报;2009年

4 本报记者 贾书哲;拨开迷雾看纳米[N];中国质量报;2002年

5 何屹;纳米金晶簇的催化活性与大小有关[N];科技日报;2008年

6 本报记者 李胜;一吨值一亿美元[N];深圳商报;2002年

7 李树龙;小纳米 大神通(上篇)[N];中国黄金报;2001年

8 记者 任荃;纳米金球让基因拷贝不走样[N];文汇报;2006年

9 中国包装联合会纸委会副秘书长 陈希荣;微观色彩学与包装设计应用[N];中国包装报;2010年

10 张唯诚;显微世界中的DNA纳米机器人[N];大众科技报;2010年

相关博士学位论文 前10条

1 刘懿;纳米金功能化复合催化剂的制备、表征及其在选择性氧化中的应用[D];浙江大学;2017年

2 冯永海;Au、Ag、Pd、Cu、Ni纳米催化剂设计构筑与催化氧化还原研究[D];江苏大学;2015年

3 陈娜;纳米金对胶质瘤放射增敏作用的研究[D];苏州大学;2015年

4 杨洁;宽频纳米结构光天线特性的研究[D];山东大学;2015年

5 张晶;新型纳米生物探针的构建及其应用[D];北京理工大学;2015年

6 陈坤;功能化纳米金光学分子探针的构建及其用于三聚氰胺和转基因分析检测[D];华中农业大学;2013年

7 秦为为;等离子纳米粒子在可视化成像检测及纳米马达中的应用[D];中国科学院研究生院(上海应用物理研究所);2016年

8 董海峰;DNA检测与细胞内microRNA分析新方法研究[D];南京大学;2011年

9 张守仁;纳米金和二氧化钛基复合材料的可控合成、性质和催化应用研究[D];郑州大学;2016年

10 李群芳;多功能纳米标记探针作为信号放大电化学免疫传感器研究[D];福州大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 寇瑞花;壳聚糖基金纳米棒的构建及其纳米药物载体的研究[D];北京协和医学院;2015年

2 何路伟;染料敏化的氧化锌“纳米草坪”的构建及其光催化制氢性能[D];上海应用技术学院;2015年

3 熊海岩;钯、铂、金基纳米催化剂的制备及其性能研究[D];山东大学;2015年

4 席春晓;棒状金纳米晶及类球形银纳米晶的可控制备与性能研究[D];山东大学;2015年

5 谢芳;择优腐蚀制备新颖金铂异质纳米结构[D];山东大学;2015年

6 梁莹;Anti-cMet抗体耦合空心纳米金球对宫颈癌光热治疗增敏之作用研究[D];山东大学;2015年

7 刘晶;纳米金—声致发光分析方法研究[D];陕西师范大学;2015年

8 何逸鹏;纳米金与不同亚型乳腺癌细胞相互作用的初步研究[D];福建师范大学;2015年

9 韦正楠;基于富勒烯@金纳米等离子体的Fenton催化传感器研究[D];重庆大学;2015年

10 潘欢欢;一维半导体纳米结构可控制备及其光电探测器的研究[D];苏州大学;2015年



本文编号:2170530

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/2170530.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户28b55***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com