探析負(fù)載型納米金催化劑的制備及其催化性能的研究

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1、湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文負(fù)載型納米金催化劑的制備及其催化性能的研究姓名：李德華申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：化學(xué)工程指導(dǎo)教師：周繼承20080510摘要摘要金，由于化學(xué)惰性和難于高分散，長(zhǎng)時(shí)間以來被認(rèn)為沒有催化活性。自1987年發(fā)現(xiàn)負(fù)載型金催化劑對(duì)CO低溫氧化具有優(yōu)異的催化性能以來，金催化劑以其特有的低溫高活性，濕度增強(qiáng)效應(yīng)等特點(diǎn)，引起了各國(guó)學(xué)者的關(guān)注。隨后的研究發(fā)現(xiàn)金催化劑在NO還原、CO低溫氧化、選擇氫化、水蒸汽轉(zhuǎn)換、烴類氧化等很多反應(yīng)中都具有較理想的催化活性。金催化劑的催化活性與其顆粒粒徑大小密切相關(guān)，在小于1

2、0nm才表現(xiàn)出高的催化活性，但是對(duì)其催化活性中心的研究還不充分。因此關(guān)于如何制備出低負(fù)載量、高活性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的納米金催化劑，研究其活性結(jié)構(gòu)及反應(yīng)機(jī)理，仍然是納米金催化劑研究的重要課題。本文針對(duì)納米金催化劑高活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)，利用分子篩獨(dú)特的孔道效應(yīng)所具有的擇形催化能力，將催化劑的活性組分納米金負(fù)載在TS-1、MCM-41等分子篩上，設(shè)計(jì)、制備和篩選出催化性能良好的負(fù)載型納米金催化劑，對(duì)催化劑樣品進(jìn)行了XRD、FT-IR、SEM以及TEM等表征分析。以環(huán)己烷氧化反應(yīng)和甲苯氧化反應(yīng)為模型反應(yīng)，利用這些催化劑

3、載體的疏水親油性、孔道效應(yīng)以及擇形作用來抑制氧化反應(yīng)中副反應(yīng)的進(jìn)行，提高納米金催化劑的催化性能，同時(shí)獲得較高的環(huán)己烷轉(zhuǎn)化率、目的產(chǎn)物選擇性和甲苯液相氧化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。將這種新型催化材料與環(huán)己烷氧化、甲苯氧化的反應(yīng)規(guī)律相結(jié)合，采用環(huán)境友好的氧氣氧化法，探求綠色環(huán)保型環(huán)己烷和甲苯氧化生產(chǎn)工藝。本論文使用自己設(shè)計(jì)制備的氧化催化劑評(píng)價(jià)裝置，詳細(xì)考察了納米金催化劑制備方法、制備過程中各因素對(duì)其物化性質(zhì)的影響及對(duì)其催化性能的影響；系統(tǒng)研究了這些納米金催化劑對(duì)環(huán)己烷氧化和甲苯氧化的催化性能，優(yōu)化了環(huán)己烷氧化和甲苯氧化反應(yīng)

4、的工藝條件。得到以下結(jié)果：1、TS-1是納米金催化劑的優(yōu)良載體，其孔道效應(yīng)和擇形催化性能提高了環(huán)己烷氧化和甲苯氧化反應(yīng)中目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性。以TS-1為載體制備出的Au/TS-1-1催化劑具有較高的催化活性，轉(zhuǎn)化頻率數(shù)可以達(dá)到9161h。2、催化劑制備方法對(duì)納米金催化劑的催化性能有很大的影響。水熱合成法和沉積-沉淀法是兩種較優(yōu)的負(fù)載型納米金催化劑的的制備方法，其制備的納米金催化劑均具有高活性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)，且催化劑使用4次后，其催化活性基本不變。XRD、FT-IR、SEM、TEM等表征結(jié)果顯示，Au/TS-

5、1等以TS-1為載體的催化劑仍具有類似TS-1的結(jié)構(gòu)特征，活性中心金以納米尺度高度分散于載體表面上，其顆粒大小在6nm左右。Au/MCM-41催化劑上的活性中心金同樣以納米尺度高度分散于載體表面上，其顆粒大小5nm左右。3、采用沉積-沉淀(DP)的方法制備了負(fù)載型催化劑Au/TS-1在環(huán)己烷氧化反I摘要應(yīng)中具有優(yōu)異的催化活性。當(dāng)加入0.02gAu/TS-1Au的負(fù)載量為1%的催化劑、壓力為1.0MPa時(shí)，在150℃下反應(yīng)2.5h，環(huán)己烷的轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)到11.20%，環(huán)己酮、環(huán)己醇和環(huán)己基過氧化氫的總選擇性

6、達(dá)到89.60%。4、以無機(jī)鈦硅為原料采用一步水熱合成法得到的Au/TS-1，在甲苯氧化反應(yīng)中，具有較為良好的催化性能，在保持一定轉(zhuǎn)化率時(shí)還有較高苯甲醛的選擇性，反應(yīng)后催化劑容易分離，再生效果良好。在壓力為1.0MPa，165℃下反應(yīng)3h，甲苯轉(zhuǎn)化率可達(dá)20.54%，而苯甲醛的選擇性為44.74%，苯甲酸的選擇性為54.77%的優(yōu)異結(jié)果。關(guān)鍵詞：納米金催化劑；環(huán)己烷；環(huán)己酮；甲苯；苯甲醛；氧化IIAbstractAbstractGoldinbulkhasoftenbeenregardedtobepoorly

7、activeasacatalystforit’schemicalinertandpoordispersion.Since1987,ithasfoundthatsupportednano-goldcatalystshowedhighcatalyticperformanceonlow-temperatureCOoxidation,nano-goldcatalystwithhighcatalyticactivityandenhancementofhumidityarousedtheattentionofschol

8、ars.Subsequentstudiesfoundthatitturnsouttobesurprisinglyactiveinmanyreactions,suchasreducionofNO、low-temperatureCOoxidation、selectivehydrogenation、WGSR、hydrocarbonoxidationetal.Thecatalyticactivityofgoldcatal