本文關(guān)鍵詞：磁性核殼結(jié)構(gòu)催化劑的制備及在芳香醇綠色氧化中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 磁性催化劑 核殼結(jié)構(gòu) 綠色氧化 芳香醇 高效循環(huán)

【摘要】：芳香醛是一類非常重要的化工中間體,廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、香料、液晶等領(lǐng)域。芳香醇選擇性氧化制備芳香醛是有機(jī)合成的關(guān)鍵步驟,傳統(tǒng)的氧化方法是通過(guò)添加Cr(Ⅵ)、Mn(Ⅶ)等金屬無(wú)機(jī)鹽作為氧化劑,雖然可以得到高收率的芳香醛,但是重金屬離子的引入對(duì)環(huán)境造成了很大的污染。隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng),氧氣、空氣、過(guò)氧化氫等環(huán)境友好的氧化劑逐漸受到人們的青睞,此類氧化劑在氧化反應(yīng)過(guò)程中生成少量的水,具有環(huán)境友好的特性。研究表明：負(fù)載型Ru、Pd、Au等貴金屬催化劑在芳香醇氧化制備芳香醛的過(guò)程中具有較好的活性,而且該類催化劑還具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性能。對(duì)于貴金屬催化劑其高效分離與循環(huán)使用是必須考慮的問題,傳統(tǒng)的分離方法主要是通過(guò)過(guò)濾、離心等手段,但是該方法不僅過(guò)程繁瑣、費(fèi)時(shí)而且極易造成活性組分的流失。因此如何使固體催化劑與液相反應(yīng)體系快速分離一直是工業(yè)上亟待解決的問題。磁分離是借助外磁場(chǎng)將物質(zhì)從體系中快速分離的方法。貴金屬活性組分負(fù)載在具有磁性的載體上,以芳香醇氧化反應(yīng)為探針反應(yīng)研究其催化活性,并利用磁性納米粒子的磁響應(yīng)性,在外加磁場(chǎng)作用下使催化劑得到高效回收和重復(fù)利用。本文以磁性核殼納米粒子為載體,金屬Pd、Ru為活性組分,制得兩種負(fù)載型磁性核殼催化劑。以XRD、FT-IR、XPS、SEM、TEM、ICP-AES等手段對(duì)催化劑進(jìn)行表征,并研究了兩種催化劑在芳香醇上的催化氧化性能。研究?jī)?nèi)容主要包括以下兩部分：(1)采用溶劑熱法制備出尺寸均一的Fe_3O_4磁核,通過(guò)化學(xué)沉淀法在表面包裹Ce02殼層,得到核殼結(jié)構(gòu)的磁性納米載體；通過(guò)添加NaBH4為還原劑,將金屬Pd負(fù)載于磁性載體表面,得到Pd/Fe_3O_4@mCeO_2磁性核殼催化劑,考察Pd基催化劑在苯甲醇及其它芳香醇氧化反應(yīng)中的活性情況。結(jié)果顯示,Pd基催化劑在苯甲醇氧化反應(yīng)中具有較好的活性,在反應(yīng)溫度為373K,負(fù)載量為2.5%,反應(yīng)物苯甲醇的轉(zhuǎn)化率為80.5%,目標(biāo)產(chǎn)物苯甲醛的選擇性為94.8%。催化劑在循環(huán)使用5次以后活性沒有明顯的降低現(xiàn)象,顯示出催化劑優(yōu)異的循環(huán)使用性能。對(duì)含有不同取代基的芳香醇,其轉(zhuǎn)化率相比于苯甲醇有所降低,選擇性均保持在80%以上。此外,Pd基催化劑還可以催化氧化次級(jí)芳香醇、含有共軛結(jié)構(gòu)的芳香醇、直鏈醇以及一些環(huán)狀脂肪醇,其中直鏈醇和環(huán)狀脂肪醇的活性則相對(duì)較差。(2)采用相同的磁性載體,以金屬Ru為活性組分,制備出不同負(fù)載量的Ru/Fe_3O_4@mCeO_2磁性核殼催化劑。并考察了Ru基催化劑在芳香醇氧化反應(yīng)中的活性情況。結(jié)果顯示,在反應(yīng)溫度為353K,負(fù)載量為3.3%時(shí),苯甲醇的轉(zhuǎn)化率為68.7%,苯甲醛的選擇性可以達(dá)到84.7%。Ru/Fe_3O_4@mCeO_2催化劑還可以催化氧化次級(jí)芳香醇α-苯乙醇,產(chǎn)物主要為苯乙酮。具有共軛結(jié)構(gòu)的3-甲基-2-丁烯醇和苯丙烯醇,其氧化產(chǎn)物主要是生成相應(yīng)的醛,活性有所降低。此外,Ru基催化劑還可以催化含有雜環(huán)原子的醇類-呋喃甲醇和長(zhǎng)鏈脂肪醇。
【關(guān)鍵詞】：磁性催化劑 核殼結(jié)構(gòu) 綠色氧化 芳香醇 高效循環(huán)
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-29
• 1.1 引言11-13
• 1.2 芳香醇氧化制備芳香醛的研究進(jìn)展13-16
• 1.2.1 苯甲醛在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用及生產(chǎn)情況13
• 1.2.2 苯甲醛的綠色合成方法13-16
• 1.3 分子氧催化氧化芳香醇16-18
• 1.3.1 Ru金屬催化劑體系16-17
• 1.3.2 Pd金屬催化劑體系17-18
• 1.3.3 Au金屬催化劑體系18
• 1.4 負(fù)載型催化劑中載體的簡(jiǎn)介18-23
• 1.4.1 催化劑載體的定義18-19
• 1.4.2 催化劑載體的作用19-20
• 1.4.3 芳香醇氧化反應(yīng)中常見的載體20-23
• 1.5 磁性核殼納米材料23-27
• 1.5.1 磁性核殼納米材料的研究進(jìn)展23-27
• 1.6 課題研究?jī)?nèi)容、目標(biāo)及意義27-29
• 1.6.1 課題研究?jī)?nèi)容27-28
• 1.6.2 課題的研究目的和意義28-29
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分29-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器29-30
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑29-30
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器30
• 2.2 表征技術(shù)30-32
• 2.2.1 X射線粉末衍射(XRD)30
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡(SEM)30-31
• 2.2.3 紅外光譜(FT-IR)31
• 2.2.4 電子透射顯微鏡(TEM)31
• 2.2.5 電感耦合等離子原子發(fā)射光譜(ICP-AES)31
• 2.2.6 X射線光電子能譜(XPS)31
• 2.2.7 熒光光譜儀(MFS)31-32
• 2.2.8 超導(dǎo)量子干涉磁強(qiáng)計(jì)(SQUID)32
• 2.3 催化劑活性評(píng)價(jià)32-33
• 2.3.1 產(chǎn)物分析及計(jì)算方法32-33
• 第三章 Pd/Fe_3O_4@mCeO_2的合成、表征及催化氧化芳香醇的性能研究33-56
• 3.1 引言33-34
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分34-46
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑34-35
• 3.2.2 催化劑的制備35-36
• 3.2.3 催化劑表征36-46
• 3.3 Pd/Fe_3O_4@mCeO_2催化氧化芳香醇實(shí)驗(yàn)46-54
• 3.3.1 不同負(fù)載量對(duì)反應(yīng)的影響47-48
• 3.3.2 催化劑用量對(duì)苯甲醇氧化反應(yīng)性能的影響48-49
• 3.3.3 反應(yīng)溫度對(duì)苯甲醇氧化催化性能的影響49-50
• 3.3.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)苯甲醇氧化反應(yīng)的影響50-51
• 3.3.5 苯甲醇在不同載體上的催化活性情況51-52
• 3.3.6 含有不同取代基的芳香醇催化氧化實(shí)驗(yàn)52-54
• 3.4 反應(yīng)機(jī)理54-55
• 3.5 本章小結(jié)55-56
• 第四章 磁性核殼結(jié)構(gòu)催化劑Ru/Fe_3O_4@mCeO_2在醇氧化反應(yīng)中的催化氧化性能56-68
• 4.1 引言56
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分56-62
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑56-57
• 4.2.2 催化劑的制備57
• 4.2.3 催化劑表征57-62
• 4.3 Ru/Fe_3O_4@mCeO_2催化氧化芳香醇實(shí)驗(yàn)62-67
• 4.3.1 Ru的不同負(fù)載量的影響62-63
• 4.3.2 催化劑不同用量的影響63-64
• 4.3.3 反應(yīng)溫度的影響64-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第五章 全文總結(jié)與課題展望68-70
• 5.1 全文總結(jié)68-69
• 5.2 課題展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-81
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果81-82
• 致謝82-84

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