fe3o4-nh2-pd催化4-氯苯酚加氫脫氯反應(yīng)研究

1、<p><b>　　編號(hào)：</b></p><p>　　本科學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　題 目：Fe3O4-NH2-Pd催化4-氯苯酚加氫脫氯反應(yīng)研究</p><p>　　學(xué)院名稱： 化學(xué)化工學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)名稱：

2、 化學(xué)教育 </p><p>　　年 級(jí)： 2009級(jí) </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué)號(hào)[11位]： 2009

3、10140327 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 職稱/學(xué)歷： 博 士 </p><p>　　●評(píng)定等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：“優(yōu)”（90分以上）； “良”（80～89）； “中”（70～79）；</p><p>　　“及格”（60～69）； “不及格”（60以下）。</p><p>　　

4、2013年5月13日</p><p><b>　　教 務(wù) 處 制</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要：1</b></p><p>　　Abstract：1</p><p><b>

5、　　1 前言2</b></p><p>　　1.1 氯苯酚類物質(zhì)的研究意義：2</p><p>　　1.1.1氯苯酚類物質(zhì)的主要來(lái)源3</p><p>　　1.1.2氯苯酚類物質(zhì)的主要危害3</p><p>　　1.2 4-氯苯酚的處理方法3</p><p>　　1.2.1封存法3</p&

6、gt;<p>　　1.2.2生物降解3</p><p>　　1.2.3高溫降解4</p><p>　　1.2.4化學(xué)處理4</p><p>　　1.2.5催化加氫脫氯4</p><p>　　1.3加氫脫氯催化劑研究進(jìn)展5</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分5</b>

7、</p><p>　　2.1 主要儀器和試劑5</p><p>　　2.2 催化劑的制備6</p><p>　　2.3 4-氯苯酚溶液的配制6</p><p>　　2.4 催化劑活性的檢驗(yàn)6</p><p>　　2.5 催化劑的循環(huán)使用6</p><p>　　2.5.1催化實(shí)驗(yàn)7&l

8、t;/p><p>　　2.5.2催化劑的處理7</p><p>　　2.5.3循環(huán)實(shí)驗(yàn)7</p><p><b>　　3 結(jié)果與討論7</b></p><p>　　3.1 反應(yīng)時(shí)間的影響7</p><p>　　3.2 反應(yīng)底物濃度的影響8</p><p>　　3.3

9、反應(yīng)溫度的影響8</p><p>　　3.4 催化劑用量的影響9</p><p>　　3.5 催化劑的循環(huán)次數(shù)10</p><p><b>　　3.6 結(jié)論10</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：11</b></p><p><b>　　致

10、謝12</b></p><p>　　Fe3O4-NH2-Pd催化劑對(duì)4-氯苯酚加氫脫氯反應(yīng)的研究</p><p>　　化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)教育專業(yè)2009級(jí) 指導(dǎo)教師：</p><p>　　摘 要：氯代有機(jī)廢物的處理是一個(gè)世界性環(huán)境難題,用催化加氫脫氯的方法使氯代芳香族有機(jī)物降解，不僅經(jīng)濟(jì)而且保護(hù)環(huán)境。本實(shí)驗(yàn)采用負(fù)載法制備了納米Fe3O4-NH2負(fù)載金屬P

11、d催化劑，并將其用于4-氯苯酚加氫脫氯反應(yīng)研究。考察了催化劑的加氫脫氯性能及反應(yīng)溫度、催化劑的用量、反應(yīng)底物的濃度等因素對(duì)催化劑活性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在溫度為30℃，底物濃度為1.5mg/ml,催化劑為5mg的實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)60分鐘后，4-氯苯酚脫氯率可以96%以上。另外，該催化劑有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，循環(huán)使用5次后，其活性和選擇性沒(méi)有明顯下降，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。研究負(fù)載型金屬催化劑使氯代芳香烴加氫脫氯的技術(shù)及探索氯代芳香化合物的活化規(guī)律

12、具有巨要的應(yīng)用價(jià)值和科學(xué)意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：4-氯苯酚、加氫脫氯、鈀催化劑</p><p>　　Research of Fe3O4-NH2-Pd Catalyst for Hydrodechlorination of 4-Chlorophenol</p><p>　　College of Chemistry and Chemical Engineer

13、ing Chemistry Engineering </p><p>　　Specialty 2009 Instructor ：</p><p>　　Abstract：Treatment of chlorinated organic waste is a worldwide environmental problem. With catalytic hydrogenation met

14、hod of dechlorination of chlorinated aromatic organic matter degradation, not only economic but also protect the environment.In this study,the Fe3O4-NH2-Pd catalyst was prepared by load method, and use it to research on

15、chlorine phenol hydrogenation dechlorination reaction.Inspected the catalyst hydrogenation and dechlorination performance of the reaction temperature, catalyst do</p><p>　　Key words: Chlorophenol, Hydrogenat

16、ion, Palladium catalyst </p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1 氯苯酚類物質(zhì)的研究意義：</p><p>　　氯代有機(jī)物是脂肪烴、芳香烴及其衍生物中的一個(gè)或幾個(gè)氫原子被氯原子取代后的產(chǎn)物。從上世紀(jì)八十年代開(kāi)始，各種各樣的氯代有機(jī)物被用作有機(jī)合成的基本原料或中間體，廣泛用于有機(jī)化工、農(nóng)藥

17、、醫(yī)藥、染料等工業(yè)[1]。</p><p>　　2001年5月23日在瑞典斯德哥爾摩召開(kāi)了全球外交全權(quán)代表大會(huì)，通過(guò)了《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》。持久性有機(jī)污染物，它是指人類合成的能持久存在于環(huán)境中、通過(guò)生物食物鏈(網(wǎng))累積、并對(duì)人類健康及環(huán)境造成有害影響的化學(xué)物質(zhì)。這些物質(zhì)在環(huán)境中不易降解、存留時(shí)間較長(zhǎng)，可以通過(guò)大氣、水的輸送而影響到區(qū)域和全球環(huán)境，并可通過(guò)食物鏈富集，最終嚴(yán)重影響人類健康。這些物

18、質(zhì)可能造成人體內(nèi)分泌系統(tǒng)紊亂，生殖和免疫系統(tǒng)破壞，并誘發(fā)癌癥和神經(jīng)性疾病[2]。多數(shù)氯代有機(jī)物具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，很難被分解或生物降解；另外，氯代有機(jī)物還有很強(qiáng)的毒性，具有“三致”(致癌、致畸、致突變)效應(yīng)或疑似三致效應(yīng)[3]。當(dāng)它們進(jìn)入環(huán)境后，容易通過(guò)食物鏈在生物體內(nèi)富集。因此，許多國(guó)家都將氯代有機(jī)物歸為持久性有機(jī)污染物，在環(huán)境保護(hù)中作為優(yōu)先重點(diǎn)控制對(duì)象。美國(guó)環(huán)保署(United States Environmental

19、Protection Agency,USEPA)將5個(gè)氯代酚類化合物(2一CP；2,4．CP；2,4，6一TCP；2,4，5．TCP：PCP)列為優(yōu)先環(huán)境污染物[4]；我國(guó)環(huán)境優(yōu)先污染物“黑名</p><p>　　氯代有機(jī)物中的氯代苯酚類是重要化工原料、有機(jī)溶劑和合成中間體，長(zhǎng)期以來(lái)，它們被廣泛生產(chǎn)和應(yīng)用[6]。然而，氯代苯酚類具有毒性很強(qiáng)和性質(zhì)很穩(wěn)定的特點(diǎn)。綜上所述，這類有機(jī)物嚴(yán)重威脅著人類的健康和生態(tài)環(huán)境，控

20、制氯代苯酚的污染是刻不容緩。但要保證工業(yè)的發(fā)展和人類生活水平的提高，就不可能禁止使用氯代有機(jī)物。因此，研究氯代苯酚的降解方法，從根本上治理并解決氯代苯酚類化合物的污染問(wèn)題，對(duì)變廢為寶、保持國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)人類的生存環(huán)境具有十分重大的意義。</p><p>　　為了進(jìn)一步探究氯代苯酚類物質(zhì)的降解方法，下面對(duì)其作更詳細(xì)的介紹。</p><p>　　1.1.1氯苯酚類物質(zhì)的主要來(lái)源&l

21、t;/p><p>　　環(huán)境中氯代苯酚類物質(zhì)的來(lái)源主要有四個(gè)：</p><p>　　一是在環(huán)境中自然合成產(chǎn)生。Hodin等發(fā)現(xiàn)，在Culduriomuyces fumugo細(xì)菌中加入氯化鈉、過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化氯酶會(huì)產(chǎn)生2,4,6-三氯酚。另外，水體中的腐殖酸氯化后也會(huì)出現(xiàn)氯酚，這是海洋水體表層水中有較高濃度氯酚(10ng/L)存在的主要原因。</p><p>　　二是來(lái)自

22、化合物的降解。在工農(nóng)業(yè)中廣泛應(yīng)用的2,4-D和2,4,5-T及其他殺蟲(chóng)劑、殺菌劑生物降解的中間產(chǎn)物中會(huì)存在多種氯酚。 </p><p>　　三是在加工或凈化工藝中作為副產(chǎn)品出現(xiàn)。在飲用水加氯消毒技術(shù)中隨著水體中可溶性有機(jī)化合物含量的增加，氯化消毒在某些有機(jī)污染物存在的條件下有可能產(chǎn)生氯代酚及其衍生物[3]。</p><p>　　四是人工合成，作為生產(chǎn)農(nóng)藥的原料。在亞洲、非洲和南美洲，氯酚仍

23、然還用于血吸蟲(chóng)病的防治，其中2,4-二氯酚和2,4,5-三氯酚還大量用于農(nóng)藥的生產(chǎn)。</p><p>　　1.1.2氯苯酚類物質(zhì)的主要危害</p><p>　　氯代苯酚類化合物具有惡臭、異味、毒性高和較強(qiáng)的致癌、致畸、致突變的特點(diǎn)。人若長(zhǎng)期飲用被氯代酚污染的水可引起頭昏、瘤癢、貧血等癥狀；它甚至?xí)p害人及動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肝和腎。1999年，我國(guó)廣東某水庫(kù)發(fā)生大量魚(yú)蝦中毒死亡，阻塞出水的

24、現(xiàn)象，經(jīng)調(diào)查證實(shí)，是由于附近山林中荔枝農(nóng)大量使用除草劑五氯酚所致[7]。因而，除去環(huán)境中的有機(jī)污染物，尤其是氯代物已成為當(dāng)今環(huán)境問(wèn)題面臨的主要任務(wù)。</p><p>　　1.2 4-氯苯酚的處理方法</p><p>　　氯代苯酚處理方法大致可分為封存法、生物降解、高溫降解、化學(xué)處理、催化加氫脫氯這幾大類[8]。</p><p><b>　　1.2.1封存法

25、</b></p><p>　　將已生產(chǎn)和使用的含氯代苯酚的廢棄物采取特殊措旋進(jìn)行封存，如封存在專門的倉(cāng)庫(kù)里，深埋在水泥池子里或儲(chǔ)藏在偏僻的山洞中，以待集中處理。該方法并不能從根本上解決氯代苯酚的污染問(wèn)題，而且由于外殼腐蝕出現(xiàn)的滲漏現(xiàn)象，環(huán)保隱患依然存在。</p><p><b>　　1.2.2生物降解</b></p><p>　　許

26、多研究表明，在不同的土壤或沉積物斷層上，氯代苯酚類化合物的濃度是不同的[9]，這也說(shuō)明它是可以被緩慢降解的。微生物降解法處理氯代苯酚，對(duì)環(huán)境污染小，消耗低，具有良好的應(yīng)用前景。至今也己經(jīng)發(fā)現(xiàn)并分離出多種降解氯代苯酚類化合物的微生物。但是，目前降解的氯苯酚類化合物多是小分子、低濃度的；并且微生物的降解條件和降解能力有限，這些都使得生物降解法具有一定的局限性。</p><p><b>　　1.2.3高溫降解

27、</b></p><p>　　這是目前被廣泛采用的一個(gè)廢物處理方式，根據(jù)熱源、介質(zhì)的不同可大致</p><p>　　分為簡(jiǎn)單焚燒法、熔融介質(zhì)法、等離子體法等[10]。</p><p>　　簡(jiǎn)單焚燒法能除去氯代苯酚，但存在如下弱點(diǎn)：焚燒條件極為苛刻；造價(jià)極高，焚燒過(guò)程不僅需要專用焚燒爐，還要消耗大量的燃料和電能，并需要尾氣凈化裝置或進(jìn)行二次焚燒；只適用于處

28、理大量、高濃度的氯代苯酚；易造成二次污染，只有在高溫下進(jìn)行焚燒才能將氯代苯酚破壞掉，若溫度不夠，極易生成二噁英。</p><p>　　用一些無(wú)機(jī)介質(zhì)如金屬、無(wú)機(jī)鹽等代替普通焚燒中的空氣作為傳熱介質(zhì)及</p><p>　　反應(yīng)介質(zhì)來(lái)焚燒廢物的方法就是熔融介質(zhì)法。相比于簡(jiǎn)單焚燒法，它不產(chǎn)生二嗯英等物質(zhì)，對(duì)進(jìn)樣要求不高，破壞率高于99.9999％，在能量傳遞的有效性和處理過(guò)程的穩(wěn)定性上也更優(yōu)。然

29、而，大量尾氣或廢渣需處理，費(fèi)用較高，使熔融介質(zhì)法難以推廣使用。</p><p>　　九十年代以來(lái)，歐美的一些公司推出利用等離子體作為熱源的等離予體降解技術(shù)。這種方法使電流通過(guò)低壓氣體流，產(chǎn)生等離子體，高達(dá)5000—15000℃的高溫可使有機(jī)物徹底分解為原子態(tài)，冷卻后，最終產(chǎn)物為水、二氧化碳以及一些水溶性的無(wú)機(jī)鹽，降解率可達(dá)99.99％以上[11]。在真空下或通入氬氣條件下使廢物分解，方能達(dá)到了較滿意的結(jié)果，其復(fù)雜

30、的設(shè)備及昂貴費(fèi)用限制了它的推廣應(yīng)用。</p><p><b>　　1.2.4化學(xué)處理</b></p><p>　　化學(xué)處理法，是通過(guò)一些還原性物質(zhì)使氯代有機(jī)物脫氯，轉(zhuǎn)化為危害較小的物質(zhì)或易于被生物降解的物質(zhì)?；瘜W(xué)處理法包括金屬還原法、氫還原法、氧化降解法、光電降解法等。化學(xué)處理法的優(yōu)勢(shì)是：不但可以徹底處理廢物，而且設(shè)備簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)處理裝置，適用于處理集中的、高濃度的

31、氯代苯酚廢物，也適用于處理分散的、低濃度的氯代苯酚廢物。美國(guó)、日本、澳大利亞等國(guó)對(duì)此方法研究比較早。近年來(lái)，化學(xué)還原脫氯作為一種有效的脫氯手段在處理氯代有機(jī)物對(duì)環(huán)境的污染方面逐漸受到重視[12]。</p><p>　　1.2.5催化加氫脫氯</p><p>　　一個(gè)化學(xué)反應(yīng)要在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)，基本要求是該反應(yīng)要以一定的速度進(jìn)行。也就是說(shuō)，要求在單位時(shí)間內(nèi)能夠獲得足夠數(shù)量的產(chǎn)品。要提高化學(xué)反應(yīng)速

32、度可以有多種手段，如加熱的方法、光化學(xué)的方法、電化學(xué)的方法和輻射化學(xué)的方法。但是，加熱的方法往往缺少足夠的化學(xué)選擇性，用光、電、輻射的方法往往要消耗額外的能量和成本。使用催化劑是降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速度和控制反應(yīng)方向的最有效的手段[13,14]。氯代有機(jī)物的加氫脫氯是指在固體催化劑的作用下，對(duì)有機(jī)氯代物進(jìn)行氫解反應(yīng)，用氫原子取代有機(jī)物上的氯原子，生成新的有機(jī)烴類，從而實(shí)現(xiàn)降解氯代有機(jī)物的目的。首先，催化加氫脫氯不僅降低了污染，同時(shí)

33、還得到較高使用價(jià)值的化學(xué)物質(zhì)，是一個(gè)變廢為寶的過(guò)程。其次，催化加氫脫氯避免了在處理氯代有機(jī)物的過(guò)程中產(chǎn)生二噁英類化合物。因此，催化加氫脫氯反應(yīng)是一個(gè)符合原子經(jīng)濟(jì)性的綠色催化過(guò)程，被認(rèn)為是簡(jiǎn)單、有效、安全的脫氯方法。</p><p>　　影響氯代有機(jī)物多相加氫脫氯的因素很多，主要可以歸納為兩點(diǎn)：</p><p>　　(1) 碳氯鍵的性質(zhì)，即有機(jī)氯代物的結(jié)構(gòu)特性。</p><

34、;p>　　(2) 固體催化劑的性質(zhì)(包括孔容，表面積，顆粒大小，表面化學(xué)組成等)以及和催化劑相匹配的操作條件。</p><p>　　1.3 加氫脫氯催化劑研究進(jìn)展 </p><p>　　加氫脫氯技術(shù)中的關(guān)鍵就是高性能的加氫脫氯催化劑的開(kāi)發(fā)。從上世紀(jì)80年代以來(lái)，關(guān)于加氫脫氯催化劑的研究報(bào)道很多[15]，但真正進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用的很少。當(dāng)前的加氫脫氯催化劑普遍存在催化活性差、目標(biāo)產(chǎn)物選擇性

35、不高,特別是由于含氟化合物加氫脫氯反應(yīng)體系的特殊性，使得催化劑活性組分易流失、易燒結(jié)、積炭、催化劑壽命短、重復(fù)使用后再生和回收困難等[16]，難以進(jìn)行工業(yè)化放大生產(chǎn)。能夠真正進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用的催化劑必須滿足三個(gè)條件：催化活性、產(chǎn)品選擇性和反應(yīng)穩(wěn)定性。而催化劑活性組分，催化劑載體的表面性質(zhì)，助劑修飾以及催化劑的制備方法、條件等都是影響催化劑性能的關(guān)鍵因素。 </p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分<

36、/b></p><p>　　2.1 主要儀器和試劑</p><p>　　儀器：250ml三頸瓶，50ml雙頸瓶，100ml燒杯，10ml燒杯(北京欣維爾玻璃儀器有限公司)，5ml移液管，DZ-2BC電熱真空干燥箱（天津天有利電爐有限公司），85-2恒溫加熱磁力攪拌器（上海司樂(lè)儀器有限公司），SHZ-DIII循環(huán)水真空泵（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司），圓形磁鐵，TGL-16C離心機(jī)，膠

37、頭滴管，分析天平，研缽，安捷倫7890A型氣相色譜儀（美國(guó)安捷倫公司）。</p><p>　　試劑：優(yōu)級(jí)乙醇(GR,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），分析乙醇（AR，成都市科龍化工試劑廠）,硝酸銀，4-氯苯酚（AR，阿拉丁牌），硼氫化鈉（AR，成都市科龍化工試劑廠），二氯化鈀，氨基功能化四氧化三鐵，高純氫（99.999%）購(gòu)于重慶中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所。</p><p>　　2.2

38、催化劑的制備</p><p>　　用分析天平稱取300.00mg Fe3O4-NH2和20.00mg的二氯化鈀，將它們一起放入100ml的雙頸瓶中，加入10ml三次蒸餾水。然后將雙頸瓶固定于恒溫加熱磁力攪拌器上，恒溫25℃的條件下攪拌至其全部溶解。再加入10ml乙醇溶液，繼續(xù)攪拌1小時(shí)。用分析天平稱取44.00mg硼氫化鈉，用5ml三次蒸餾水溶解后，將此溶液加到雙頸瓶中，繼續(xù)攪拌30min。用磁鐵吸附并靜置15m

39、in后，用膠頭滴管吸出溶劑。加入20ml三次蒸餾水，攪拌5min,用磁鐵吸附并靜置后，用膠頭滴管吸出溶劑。重復(fù)洗滌幾次，直至用硝酸銀溶液檢驗(yàn)洗滌液中無(wú)Cl-存在。再用乙醇洗滌2次后，取出黑色固體。最后，把所得固體物質(zhì)放入60℃的真空干燥箱內(nèi)烘干12h，得到Fe3O4-NH2-Pd黑色固體。取出固體，用研缽研細(xì)，放入試劑瓶密封保存，待用。</p><p>　　2.3 4-氯苯酚溶液的配制</p>&l

40、t;p>　　用電子分析天平稱取52.52g4-氯苯酚固體，倒入燒杯中，用蒸餾水將其完全溶解。轉(zhuǎn)移至100ml的容量瓶中，加水定容，配制成525.2mg/ml的4-氯苯酚溶液。裝入試劑瓶，貼上標(biāo)簽，待用。</p><p>　　2.4 催化劑活性的檢驗(yàn)</p><p>　　稱取5mgFe3O4-NH2-Pd催化劑加入50ml三頸瓶中，然后加入525.2mg/ml4-氯苯酚水溶液2.4ml

41、和2.6ml三次蒸餾水。抽真空后通入一定量H2，將溫度設(shè)定為25°C，打開(kāi)加熱按鈕，待溫度穩(wěn)定，再將三頸瓶固定在水浴鍋中保溫10分鐘后開(kāi)始攪拌。每隔一段時(shí)間取樣，將樣品用氣相色譜檢測(cè)，記錄各樣品在時(shí)間為2.500和4.100左右的峰面積，分析氯代苯酚脫氯情況。</p><p>　　催化劑和底物濃度不變，分別在30°C和35°C進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察溫度對(duì)催化劑活性的影響。</p>

42、<p>　　催化劑和溫度不變，分別用1.8ml和1.4ml底物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察底物濃度對(duì)催化劑活性的影響。</p><p>　　底物濃度和溫度不變，分別用7.5mg和2.5mg催化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察催化劑用量對(duì)催化活性的影響。</p><p>　　2.5 催化劑的循環(huán)使用</p><p><b>　　2.5.1催化實(shí)驗(yàn)</b><

43、/p><p>　　用電子分析天平稱取7.5mgFe3O4-NH2-Pd催化劑加入50ml三頸瓶中，然后加入525.2mg/ml4-氯苯酚水溶液1.4ml和3.6ml三次蒸餾水。抽真空后通入一定量H2，待溫度穩(wěn)定至設(shè)定的30°C，保溫10分鐘后開(kāi)始攪拌。60min后取一個(gè)樣品，將樣品用氣相色譜儀檢測(cè)，觀察時(shí)間在4.100左右的峰是否出現(xiàn)并分析4-氯苯酚是否全部脫氯。</p><p>　

44、　2.5.2催化劑的處理</p><p>　　取樣之后，第一次循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。用磁鐵吸附并靜置五分鐘，再將溶液吸出，放入離心管中，用離心機(jī)離心5min。倒去上清液，將離心管中沉淀用蒸餾水沖洗至三頸瓶，加入20ml蒸餾水，攪拌,用磁鐵吸附靜置5min，吸出上清液。再用蒸餾水洗滌一次，用乙醇洗滌兩次，干燥待用。</p><p><b>　　2.5.3循環(huán)實(shí)驗(yàn)</b><

45、/p><p>　　重復(fù)步驟2.5.1和2.5.2，直至?xí)r間在4.100左右的峰出現(xiàn)，并且延長(zhǎng)半小時(shí)取的樣品依然出現(xiàn)該峰時(shí)，停止循環(huán)實(shí)驗(yàn)。</p><p><b>　　3 結(jié)果與討論</b></p><p>　　3.1 反應(yīng)時(shí)間的影響</p><p>　　首先考察了4-氯苯酚的脫氯率與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系。從圖1中可以看到，隨著反應(yīng)

46、時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)物4-氯苯酚的脫氯率逐漸增加。反應(yīng)10min后，4-氯苯酚的脫氯率為43.2%，反應(yīng)40min后，迅速增加到74.0%，然后反應(yīng)逐漸變緩，反應(yīng)80min后，4-氯苯酚的脫氯率達(dá)到97.3%。</p><p>　　圖1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響</p><p>　　3.2 反應(yīng)底物濃度的影響</p><p>　　保持恒溫在30℃,Fe3O4-NH2-Pd

47、 催化劑的量為5mg，4-氯苯酚的水溶液總體積為5ml的實(shí)驗(yàn)條件,改變4-氯苯酚的濃度。觀察圖2，隨4-氯苯酚濃度的減小,反應(yīng)相同時(shí)間,4-氯苯酚的轉(zhuǎn)化率逐漸增大。另外，可以看到，濃度較小的兩條曲線相距很近，轉(zhuǎn)化率都較高，所以Fe3O4-NH2-Pd 催化劑更適用于催化低濃度的4-氯苯酚加氫脫氯。</p><p>　　圖2 底物濃度對(duì)反應(yīng)的影響</p><p>　　3.3 反應(yīng)溫度的影響&

48、lt;/p><p>　　保持反應(yīng)底物的濃度為2.5mg/ml，F(xiàn)e3O4-NH2-Pd 催化劑的質(zhì)量為5mg,4-氯苯酚溶液的總量為5ml,改變反應(yīng)溫度，由數(shù)據(jù)繪制出圖3。由圖3可知，反應(yīng)溫度會(huì)影響4-氯苯酚的轉(zhuǎn)化率。溫度為常溫時(shí)，反應(yīng)60分鐘后，4-氯苯酚的轉(zhuǎn)化率僅為34.0%。但溫度比常溫高5℃時(shí)，反應(yīng)60分鐘后，4-氯苯酚的轉(zhuǎn)化率就可以達(dá)到72.5%。若反應(yīng)溫度再升高5℃達(dá)到35℃時(shí)，4-氯苯酚的轉(zhuǎn)化率有所升

49、高，但比反應(yīng)溫度為30℃時(shí)升高并不多。所以，同時(shí)考慮反應(yīng)能耗和4-氯苯酚的轉(zhuǎn)化率，可以認(rèn)為30℃是 Fe3O4-NH2-Pd 催化4-氯苯酚加氫脫氯的最適宜反應(yīng)溫度。</p><p>　　圖3 反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響</p><p>　　3.4 催化劑用量的影響</p><p>　　保持反應(yīng)溫度為30℃，4-氯苯酚水溶液總體積為5ml，其濃度為1.5mg/ml，改變

50、催化劑Fe3O4-NH2-Pd的用量，得到不同催化劑用量下的4-氯苯酚轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的圖，即圖4.分析圖4可得知，4-氯苯酚的轉(zhuǎn)化率與催化劑的用量有關(guān)。當(dāng)催化劑用量為2.5mg的反應(yīng)，60分鐘時(shí)，4-氯苯酚的轉(zhuǎn)化率為44.7%；催化劑用量為5mg的反應(yīng)，4-氯苯酚的轉(zhuǎn)化率為88.9%；而催化劑用量達(dá)7.5mg的反應(yīng)，相同時(shí)間的轉(zhuǎn)化率為92.4%。</p><p>　　圖4 催化劑用量對(duì)反應(yīng)的影響</p&g

51、t;<p>　　3.5 催化劑的循環(huán)次數(shù)</p><p>　　催化加氫降解氯代有機(jī)物的一個(gè)主要的缺點(diǎn)就是催化劑的失活問(wèn)題。一般認(rèn)為加氫脫氯過(guò)程中的催化劑失活主要有四種可能的原因：(1)被反應(yīng)中產(chǎn)生的氯化氫毒化活性中心而失去催化活性。這是最常見(jiàn)的一種脫氯過(guò)程中催化劑的失活原因，無(wú)論氣相，還是液相脫氯過(guò)程都可以觀察到因?yàn)槁然瘹渲卸疽鸬拇呋瘎┦Щ?，而且在間歇式液相反應(yīng)中尤為嚴(yán)重[17]；(2)積炭引起催

52、化劑失活，主要是在氟氯烴的脫氯過(guò)程中[18,19]；(3)金屬組分的燒結(jié)；(4)反應(yīng)中產(chǎn)生的氯化氫對(duì)催化劑的金屬組分[20,21]和載體[22,23]的侵蝕作用導(dǎo)致催化劑失活。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)使用的Fe3O4-NH2-Pd 催化劑，能循環(huán)使用5次。前3次循環(huán)實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)60分鐘，4-氯苯酚的轉(zhuǎn)化率都達(dá)到100%。從第四次開(kāi)始，轉(zhuǎn)化率開(kāi)始有所下降。到第五次循環(huán)實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)80分鐘時(shí)轉(zhuǎn)化率也僅為84.1%。

53、</p><p>　　圖5 4-氯苯酚的轉(zhuǎn)化率與催化劑循環(huán)數(shù)的關(guān)系圖</p><p><b>　　3.6 結(jié)論</b></p><p>　　綜上討論的內(nèi)容，可得結(jié)論：在溫度為30℃，底物濃度為1.5mg/ml,催化劑為5mg，反應(yīng)60分鐘，4-氯苯酚脫氯率即可達(dá)96%以上。另外，該催化劑有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，循環(huán)使用5次后，其活性和選擇性沒(méi)有明顯下降

54、，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。說(shuō)明研究負(fù)載型金屬催化劑使氯代芳香烴加氫脫氯的技術(shù)及探索氯代芳香化合物的活化規(guī)律具有重要的應(yīng)用價(jià)值和科學(xué)意義。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] B.M.Trost,I.Fleming．Comprehensive organic chemistry．Pergamon press：Oxford，1991

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