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超细纤维催化剂的制备及催化加氢性能的研究

作　者: 于建香
导　师: 刘太奇
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料学
关键词: 纤维态催化剂电纺丝超细纤维氢化钯烯烃硝基苯
分类号: TQ340.1
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

用电纺丝法制得的高分子纳米纤维直径在几十纳米到几百纳米之间,长度可以达到几千米,因此它的长径比是非常大的,在应用时能提供较大的接触表面。这种方法的好处是使用高分子溶液作为纺丝原料,可以很容易的将功能性纳米粒子填充到纤维当中,使二者同时在纳米尺度上进行杂化,从而得到具有多种功能的复合纤维。本论文以电纺丝技术为基础,利用聚丙烯腈、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮和壳聚糖衍生物等为载体,制备出了负载钯的超细纤维无纺布形态催化剂,并对其催化加氢性能进行了讨论研究。本论文制备的以聚丙烯腈、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮和壳聚糖衍生物等为载体负载钯的超细纤维状催化剂,能够温和高效的进行烯烃和硝基苯的加氢,并且由于金属与聚合物之间的成键,避免了贵金属的流失,提高了液相产品的纯度。在制备超细纤维的过程中研究了部分系统参数和过程参数对电纺纤维形态的影响,并通过对参数的调节,成功地制备了超细纤维形态的加氢催化剂,并对催化剂进行了SEM、TEM、IR和XPS的表征。所得到的纤维态催化剂中纤维的直径在纳米和微米尺度之间,不同的载体对于金属的分散效果不同,在TEM下显示大部分颗粒在纳米尺度范围之内。聚丙烯腈负载纳米钯催化剂（PAN-Pd）中纤维的平均直径在200nm以下,钯的平均直径在25nm以下,钯颗粒较均匀的负载在纤维上。聚丙烯腈负载纳米钯催化剂在催化加氢α-辛烯的实验中,纤维直径和钯颗粒较小的催化剂显示了更好的催化性能。苯乙烯-丙烯腈共聚物负载纳米钯（PSAN-Pd）超细纤维形态催化剂在常温,氢气压力101.3Pa下催化α-己烯加氢时表现出很高的活性,催化剂PSAN-Pd10催化氢化α-己烯选择生成正己烷的产率在150 min就达到87%以上,与无机物负载的催化剂相比,加氢效果有显著提高,并且催化剂的重复使用性较好。该催化剂对苯乙烯,硝基苯,环己烯的加氢产物单一,其选择性均为100%。聚乙烯吡咯烷酮负载纳米钯的超细纤维状催化剂,钯纳米颗粒直径在15 nm以下,并且纳米颗粒负载分布均匀,在室温下催化α-辛烯的加氢反应,产率可达到100%。壳聚糖缩水杨醛负载不同比例PdCl₂的催化剂（S-CTS-Pd）对α-辛烯、硝基苯、4-硝基酚和间二硝基苯的催化性能进行了研究,结果表明该催化剂活化90 min时加氢催化活性最好,对α-辛烯,硝基苯的催化选择性在催化5 h时达到了100%。壳聚糖接枝丙烯酸负载纳米钯超细纤维催化剂的（CTS-ACRPd）纤维直径在70-200 nm,Pd颗粒形状规则,其平均直径为20 nm;壳聚糖接枝丙烯酸负载Ni催化剂（CTS-ACRNi）的纤维直径为200-500 nm,Ni颗粒平均直径100 nm左右。CTS-ACRPd用于常温常压下α-辛烯的催化氢化,并在催化氢化过程中添加Ni²⁺,Ni²⁺-pd双金属催化剂催化α-辛烯的加氢反应150 min时α-辛烯的转化率为98.6%,正辛烷产率63.1%。Pd单金属催化剂CTS-ACR16Pd催化的α-辛烯转化率81.7%,正辛烷产率43.4%。双金属催化剂的活性和选择性均高于单金属催化剂。

全文目录

摘要  4-7
ABSTRACT  7-16
第一章绪论  16-43
  1.1 纳米科学与技术  16-19
    1.1.1 纳米材料的概念  17
    1.1.2 纳米材料的分类与表征  17-18
    1.1.3 纳米材料的应用  18-19
  1.2 纳米催化剂的研究进展  19-25
    1.2.1 纳米催化剂的制备方法  20-23
    1.2.2 纳米催化剂的分类  23-24
    1.2.3 纳米催化剂的应用  24-25
  1.3 静电纺丝  25-34
    1.3.1 纳米纤维的制备方法  25-27
    1.3.2 静电纺丝研究历史  27-30
    1.3.3 电纺丝过程中影响纤维形态的因素  30-32
    1.3.4 电纺丝的应用  32-34
  1.4 本课题的研究目的及意义  34-37
  参考文献  37-43
第二章聚丙烯腈负载纳米钯催化剂的制备及催化性能的研究  43-52
  2.1 引言  43
  2.2 仪器与试剂  43
  2.3 聚丙烯腈负载钯超细纤维催化剂的制备  43-44
  2.4 催化氢化  44
  2.5 结果与讨论  44-50
    2.5.1 电纺纤维负载纳米钯颗粒的制备与表征  44-47
    2.5.2 纳米催化剂催化氢化性能的研究  47-50
  2.6 本章小结  50-51
  参考文献  51-52
第三章苯乙烯-丙烯腈共聚物负载纳米钯催化剂的制备及催化性能的研究  52-67
  3.1 引言  52
  3.2 实验部分  52-55
    3.2.1 仪器与试剂  52
    3.2.2 实验制备  52-55
    3.2.3 催化氢化  55
  3.3 结果与讨论  55-64
    3.3.1 纳米丝形态催化剂的制备与表征  55-60
    3.3.2 纳米催化剂催化氢化性能的研究  60-64
  3.4 本章小结  64-65
  参考文献  65-67
第四章聚乙烯吡咯烷酮负载纳米钯催化剂的制备及催化性能研究  67-75
  4.1 引言  67
  4.2 仪器及试剂  67
  4.3 实验部分  67-68
    4.3.1 PVP负载钯的制备  67-68
    4.3.2 PVP-Pd纳米纤维的制备及交联  68
    4.3.3 催化氢化  68
  4.4 结果和讨论  68-72
    4.4.1 PVP-Pd纳米纤维的制备及表征  68-71
    4.4.2 PVP-Pd催化氢化α-辛烯的研究  71-72
  4.5 小结  72-73
  参考文献  73-75
第五章壳聚糖衍生物负载纳米钯催化剂的制备及催化性能的研究  75-108
  5.1 引言  75
  5.2 仪器及试剂  75-76
  5.3 壳聚糖缩水杨醛负载钯催化剂的制备与催化性能  76-85
    5.3.1 壳聚糖缩水杨醛的制备  76
    5.3.2 壳聚糖缩水杨醛负载钯配合物的制备  76-77
    5.3.3 催化氢化  77
    5.3.4 结果与讨论  77-85
  5.4 交联壳聚糖负载钯催化剂的制备与催化性能  85-88
    5.4.1 催化剂制备  85
    5.4.2 催化氢化  85-88
  5.5 壳聚糖接枝丙烯酸负载钯催化剂的制备与催化性能  88-105
    5.5.1 壳聚糖的降解  88
    5.5.2 壳聚糖粘均分子量的测定  88
    5.5.3 壳聚糖接枝丙烯酸的制备  88-89
    5.5.4 催化剂负载  89
    5.5.5 催化剂纳米化  89-90
    5.5.6 催化氢化  90
    5.5.7 结果与讨论  90-105
  5.6 本章小结  105-106
  参考文献  106-108
结论  108-110
  聚丙烯腈/苯乙烯丙烯腈共聚物负载纳米钯催化剂的制备及催化性能  108
  聚乙烯吡咯烷酮负载纳米钯催化剂的制备及催化性能  108
  壳聚糖衍生物负载钯催化剂的制备及催化氢化性能的研究  108-110
致谢  110-111
研究成果及发表的学术论文  111-112
导师及作者简介  112-113
附录  113-114

超细纤维催化剂的制备及催化加氢性能的研究

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