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中孔碳材料负载金属催化剂的合成、表征及催化性能研究

作　者: 王海艳
导　师: 严新焕；李瑛
学　校: 浙江工业大学
专　业: 应用化学
关键词: 介孔碳材料嵌入式Ru-OMC催化剂液相催化加氢
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

介孔碳材料作为一种新型的碳材料，由于其具有较高的比表面积，均一可控的纳米孔分布，及可调节的表面化学性质，使其作为新型的催化剂载体及负载金属催化剂领域具有重要的应用前景。在介孔碳材料中原位掺杂活性中心是拓展其催化应用的一个重要途径，受到学术界和工业界的广泛关注。本论文主要通过原位掺杂的方法合成了高度有序的嵌入式Ru-OMC催化剂，重点研究了Ru-OMC催化剂在液相催化加氢反应上的催化性能。有关研究内容如下：1、通过硬模板法原位合成了Ru-OMC催化剂，以及浸渍法制备了Ru/SBA-15、Ru/OMC、Ru/AC等Ru基催化剂，采用苯的液相催化加氢反应评价了催化剂的催化性能。研究结果表明，所合成的Ru-OMC催化剂在苯液相催化加氢反应上具有相当高的催化性能。在Benzene : R u（molar ratio）= 10000 : 1、温度为110 oC、压力为4.0 MPa的条件下，该反应的TOF可达到35112 h^-1，约是Ru/OMC和Ru/AC催化活性的13倍和29倍，且对环己烷的选择性达到100%。该催化剂循环使用5次，其催化活性几乎没有降低，甚至循环使用9次仍然保持着较高的催化活性和选择性，说明该催化剂具有很好的稳定性及重复使用性。2、通过软模板法原位合成了不同负载量的Ru-OMC催化剂，采用芳香族硝基化合物及α,β-不饱和醛的液相催化加氢反应评价了催化剂的催化性能。研究结果表明，随着钌负载量的降低，所合成的Ru-OMC催化剂对邻氯硝基苯及α,β-不饱和醛加氢反应的催化活性和稳定性明显提高。在低负载量的情况下，仍可以保持催化剂的高活性，说明该方法制备的催化剂，负载量较低时，催化剂的分散度更高。低负载量的0.8%Ru-OMC和0.4%Ru-OMC催化剂在邻氯硝基苯加氢反应上具有较高的催化性能，0.4%Ru-OMC的催化TOF值约是4%Ru-OMC和2%Ru-OMC的6倍和4倍。另外，0.4%Ru-OMC催化剂对肉桂醛加氢也表现出较高的催化性能，且对加氢产物肉桂醇（CMO）表现出较高的选择性。总之，通过原位掺杂的方法制备的嵌入式Ru-OMC催化剂，其稳定性、活性相比传统方法制备的负载型催化剂都有很大的提高。将Ru金属原位掺杂于介孔碳材料中，不仅可以提高Ru催化剂的催化活性，而且还可以提高Ru纳米粒子的稳定性，从而提高催化剂的热稳定性和抗烧结性能，在催化领域具有重要的应用前景。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章文献综述及研究目的  12-48
  1.1 介孔碳材料发展概述  12-13
  1.2 介孔碳材料的合成及表征  13-22
    1.2.1 硬模板法  13-16
      1.2.1.1 有序介孔碳材料  13-15
      1.2.1.2 无序介孔碳材料  15-16
    1.2.2 软模板法  16-19
    1.2.3 碳前驱体  19-20
      1.2.3.1 选择碳前驱体的原则  19-20
      1.2.3.2 碳前驱体的填充路径  20
    1.2.4 介孔碳材料的表征  20-22
  1.3 介孔碳材料负载金属催化剂的合成  22-26
    1.3.1 传统浸渍法  23-24
    1.3.2 硬模板法  24-25
    1.3.3 软模板法  25-26
  1.4 介孔碳材料及其负载金属催化剂在催化中的应用  26-31
    1.4.1 催化加氢反应  27-28
    1.4.2 氧化还原反应  28-29
    1.4.3 分解反应  29-30
    1.4.4 水解反应  30-31
  1.5 液相催化加氢的概述  31-35
    1.5.1 液相催化加氢反应机理  31-32
    1.5.2 液相催化加氢催化剂  32-35
      1.5.2.1 贵金属催化剂  33-34
      1.5.2.2 非贵金属催化剂  34-35
  1.6 论文选题  35-36
  参考文献  36-48
第二章实验部分  48-52
  2.1 实验中所用试剂和仪器  48-49
    2.1.1 实验试剂  48-49
    2.1.2 实验仪器  49
  2.2 材料表征方法  49-52
    2.2.1 X-射线粉末衍射测试（XRD）  49
    2.2.2 材料比表面和孔结构的测定（N_2 吸附）  49-50
    2.2.3 透射电镜（TEM）  50
    2.2.4 扫描电镜（SEM）  50
    2.2.5 X 光电子能谱（XPS）  50
    2.2.6 X 射线能谱分析（EDS）  50-51
    2.2.7 程序升温还原法测定材料氧化还原性能（H_2-TPR）  51-52
第三章介孔碳及Ru-OMC 催化剂的硬模板法合成，表征及催化性能  52-77
  3.1 引言  52
  3.2 催化材料的制备  52-54
    3.2.1 硬模板法制备Ru 基催化材料  52-53
    3.2.2 浸渍法制备Ru 基催化材料  53-54
  3.3 催化材料的催化性能评价  54-55
  3.4 产物分析方法及分析条件  55-56
  3.5 结果与讨论  56-70
    3.5.1 材料的表征结果与讨论  56-64
      3.5.1.1 XRD 表征结果  56-58
      3.5.1.2 N2 吸附表征结果  58-60
      3.5.1.3 TEM 表征结果  60-62
      3.5.1.4 SEM 表征结果  62
      3.5.1.5 TPR 表征结果  62-64
    3.5.2 钌催化剂的催化性能  64-69
      3.5.2.1 钌催化剂对苯加氢反应性能的影响  64-66
      3.5.2.2 钌催化剂对其他加氢反应性能的影响  66-69
    3.5.3 结论  69-70
  3.6 本章小结  70-72
  参考文献  72-77
第四章介孔碳及Ru-OMC 催化剂的软模板法合成，表征及催化性能  77-96
  4.1 引言  77-78
  4.2 实验部分  78-81
    4.2.1 软模板法合成介孔碳  78-79
    4.2.2 软模板法合成Ru-OMC 催化材料  79
    4.2.3 催化材料的催化性能评价  79-81
  4.3 结果与讨论  81-93
    4.3.1 材料的表征  81-86
    4.3.2 Ru-OMC 催化剂的催化性能  86-93
      4.3.2.1 Ru-OMC 催化剂对邻氯硝基苯加氢反应性能的影响  86-90
      4.3.2.2 Ru-OMC 催化剂对其他加氢反应性能的影响  90-93
    4.3.3 结论  93
  4.4 本章小结  93-94
  参考文献  94-96
第五章结论与展望  96-99
  5.1 结论  96-98
  5.2 展望  98-99
致谢  99-100
攻读硕士期间发表的论文  100

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