本文關(guān)鍵詞：石墨相氮化碳負(fù)載釩作為多相催化劑用于苯直接氧化制苯酚（英文）

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【摘要】：苯酚是一種重要的化工原料,目前苯酚的工業(yè)生產(chǎn)路線普遍存在工藝流程復(fù)雜、苯酚收率低和環(huán)境污染嚴(yán)重等問題.為實(shí)現(xiàn)苯酚的綠色生產(chǎn),苯直接氧化制苯酚的合成路線受到各國研究者的廣泛關(guān)注.在苯直接羥基化反應(yīng)常用的N_2O,O_2和H_2O_2三類氧化劑中,N_2O由于來源有限,其工業(yè)應(yīng)用受到極大限制;而O_2不易活化,且反應(yīng)過程中常需還原劑存在,苯酚收率低;相比之下,H_2O_2作為氧化劑,其唯一副產(chǎn)物是H_2O,而且反應(yīng)條件溫和,因而以H_2O_2為氧化劑的苯羥基化反應(yīng)是最具工業(yè)應(yīng)用前景的苯酚合成路線.然而,由于苯分子中的C-H鍵非常穩(wěn)定,活化能較高,同時產(chǎn)物苯酚的反應(yīng)活性要高于反應(yīng)物苯,因此,為實(shí)現(xiàn)苯的高效轉(zhuǎn)化,積極探索研究高活性和穩(wěn)定性的催化劑變得尤為重要.在我們之前的研究中發(fā)現(xiàn),包含大π體系的氧化石墨烯載體有利于具有同樣π共軛體系的反應(yīng)物苯的吸附,進(jìn)而促進(jìn)苯的轉(zhuǎn)化,提高反應(yīng)活性.而石墨相氮化碳(g-C_3N_4)具有與氧化石墨烯類似的π共軛體系,且表面具有大量的活性位點(diǎn)和缺陷位,對苯環(huán)類物質(zhì)具有較好的活化作用,這使其可能成為更優(yōu)異的載體材料.基于此,以g-C_3N_4為載體,采用浸漬法制備了一系列不同釩含量的催化劑x V/g-C_3N_4,并通過XRD,FT-IR,TEM,TG等表征技術(shù)對催化劑進(jìn)行了系統(tǒng)研究,以期揭示催化劑結(jié)構(gòu)與反應(yīng)活性之間的構(gòu)效關(guān)系.XRD的表征結(jié)果表明,x V/g-C_3N_4仍具有載體g-C_3N_4的層狀堆積結(jié)構(gòu),且該結(jié)構(gòu)不受釩負(fù)載量變化的影響.同時,xV/g-C_3N_4中釩物種的分散度較高,未發(fā)生團(tuán)聚晶化.更直觀地,通過TEM觀察發(fā)現(xiàn),xV/g-C_3N_4中的釩物種均勻分散.FT-IR的表征結(jié)果說明釩物種與g-C_3N_4之間存在較強(qiáng)的相互作用.此外,通過TG表征發(fā)現(xiàn),g-C_3N_4高溫穩(wěn)定性較好,即使焙燒溫度高達(dá)550°C,其結(jié)構(gòu)仍不受影響.綜上所述,在x V/g-C_3N_4催化劑中,載體g-C_3N_4的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定,經(jīng)負(fù)載釩物種以及焙燒處理后仍能保持不變;而釩物種與g-C_3N_4之間存在較強(qiáng)的相互作用,且均勻分散,使催化劑具有較高的穩(wěn)定性和較好的催化性能.在以H_2O_2為氧化劑,80 wt%醋酸溶液為溶劑的苯直接氧化制苯酚反應(yīng)中,xV/g-C_3N_4催化劑顯示了良好的催化活性,其中反應(yīng)活性最高的是8V/g-C_3N_4催化劑,在最佳反應(yīng)條件下,苯酚的收率和選擇性分別達(dá)到24.4%和99.2%.同時,通過計(jì)算TOF值發(fā)現(xiàn),8V/g-C_3N_4的TOF值高達(dá)13.1 h~(-1),遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)中報(bào)道的以C_3N_4為載體的催化劑的TOF值(0.52 0.59h~(-1)),這表明xV/g-C_3N_4催化劑具有優(yōu)異的催化活性.此外,以8V/g-C_3N_4為代表又進(jìn)一步考察了催化劑的穩(wěn)定性,在回收重復(fù)實(shí)驗(yàn)中催化劑的活性保持穩(wěn)定.
【作者單位】： 復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系上海市分子催化和功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心;
【關(guān)鍵詞】： 氮化碳 釩 苯羥基化 苯酚 浸漬法
【基金】：supported by the National Natural Science Foundation of China(21371035,21473036) SINOPEC(X514005)~~
【分類號】：O643.36;TQ243.12
【正文快照】： 1.Introduction Phenol is an important organic intermediate widely used in the synthesis of medicine,phenol resins,germicides,and dyestuffs[1,2].Nowadays,the green production of chemicals has drawn attention all over the world.However,the current convent

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本文編號：1051209