碳氮材料負(fù)載鉑催化劑的制備及在肉桂醛加氫反應(yīng)中的應(yīng)用.pdf

1、α，β-不飽和醛選擇性加氫是化工生產(chǎn)的關(guān)鍵反應(yīng)之一，其產(chǎn)物是香精、香料、化妝品、醫(yī)藥、殺菌劑合成的重要原料和中間體。由于α，β-不飽和醛分子中共軛C=O鍵和C=C鍵反應(yīng)性的差異，導(dǎo)致加氫時(shí)一系列的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)和產(chǎn)物的多樣化。探索新型加氫催化劑的設(shè)計(jì)與制備，改善加氫反應(yīng)的活性與選擇性，對(duì)于控制化學(xué)反應(yīng)的方向性，提高工業(yè)生產(chǎn)的效益具有深遠(yuǎn)的意義。
　　碳氮材料作為一種新型碳材料，已經(jīng)成為國(guó)際碳材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。氮的引入，改變了碳材料的組

2、成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，成為調(diào)控所負(fù)載加氫催化劑性能的潛在手段，而賦予碳氮載體材料一定磁性，則可實(shí)現(xiàn)選擇性加氫反應(yīng)中非均相催化劑的高效分離與循環(huán)使用。
　　本論文工作以鉑為活性組分，磁性或非磁性碳氮材料為載體，制備兩類催化劑Pt/Fe3O4@C-N及Pt/g-C3N4，考察催化劑在肉桂醛選擇性加氫反應(yīng)中的性能，探索催化劑組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　1、通過溶劑熱法合成了磁性Fe3O4納米微球，并以水熱法將氮

3、摻雜碳(C-N)包覆在Fe3O4表面，獲得磁性核殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4@C-N復(fù)合載體。以乙二醇為還原性溶劑，氯鉑酸為前驅(qū)體，通過原位還原將Pt負(fù)載到Fe3O4@C-N，制得Pt/Fe3O4@C-N催化劑。采用元素分析、傅利葉變換紅外光譜(FT-IR)、透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、X光電子能譜(XPS)和X射線衍射(XRD)等技術(shù)對(duì)催化劑進(jìn)行表征。結(jié)果顯示:Fe3O4磁性納米顆粒尺寸均一、呈單分散的球型;氮摻雜碳層包覆在磁核表面

4、，厚度大約10 nm;鉑納米顆粒粒徑為2-3 nm，均勻地分散在載體表面，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象。
　　2、將催化劑Pt/Fe3O4@C-N應(yīng)用于肉桂醛加氫反應(yīng)，重點(diǎn)考察了不同氮含量對(duì)加氫反應(yīng)的影響，同時(shí)還考察了不同反應(yīng)溫度、氫氣壓力、負(fù)載量對(duì)肉桂醛加氫反應(yīng)的影響及催化劑重復(fù)使用性能。研究發(fā)現(xiàn):在相同的反應(yīng)條件下，氮含量為2.9％時(shí)催化活性最佳，肉桂醛轉(zhuǎn)化率為82.6％，肉桂醇的選擇性為98％，與未摻雜氮的催化劑相比（肉桂醛轉(zhuǎn)化率65％，肉桂

5、醇選擇性93.2％），活性有了明顯提升;在外加磁場(chǎng)作用下，催化劑與反應(yīng)體系可以迅速分離;催化劑使用5次之后，催化活性基本不變，具有較好的循環(huán)使用性能。
　　3、以尿素為原料，高溫煅燒合成了片層狀氮化碳g-C3N4，通過原位還原法載鉑得到Pt/g-C3N4催化劑，考察了載體煅燒溫度對(duì)肉桂醛加氫反應(yīng)中催化劑性能的影響。結(jié)果表明:載體g-C3N4中存在許多含N官能團(tuán)，有利于Pt納米顆粒的穩(wěn)定;金屬Pt納米粒子均勻分散在g-C3N4表面，