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功能化PMO介孔硅负载纳米金催化剂的制备及其催化性能的研究

作　者: 庄大英
导　师: 刘建福；银董红
学　校: 湖南师范大学
专　业: 工业催化
关键词: 纳米金 PMO-SBA-15 离子液体苯乙烯环氧化苯甲醇氧化
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

自从Haruta研究发现纳米金粒子（＜5nm）在低温催化CO氧化反应中表现出很高的催化活性以来,金纳米粒子受到了光学,电子学,催化和生物等学科的广泛关注,其应用与粒子的量子尺寸效应息息相关。因此如何控制金纳米粒径大小、分布及其稳定性显得尤为重要。金的分散性、结构和其与载体的作用对负载型金催化剂性质影响很大。而金粒子的聚集是催化剂失活的主要原因。使用极性有机基团,如-SH,-NH₂等修饰介孔材料,可以在介孔材料中固载粒径较小的纳米金粒子。本论文中,我们在三种不同的二硫醚、硫醚以及巯基功能化有序介孔材料中制备了金纳米粒子,具体内容如下:（1）在酸性条件下,分别以含二硫醚的咪唑类离子液体有机硅氧烷、1,4-双三乙氧硅烷丙基代四硫和3-巯丙基三乙氧基硅烷为前驱体和TEOS共水解—缩聚,一步合成了三种有机官能化介孔硅基材料PMO-2S-IL-SBA-15、4S-PMO-SBA-15和SH-SBA-15。分别以这三种材料表面的硅羟基为还原剂,以有机基团中的含硫基团为纳米金粒子的稳定剂,在介孔材料孔道内制备纳米金粒子。通过对材料及负载金后的催化剂进行N₂吸附脱附、小角XRD、TEM表征,我们发现制备的复合介孔材料都具有较大的比表面积、孔容以及分布较窄的孔径。但是从TEM表征发现,含有咪唑类离子液体片段和硫醚层的有机功能化的材料负载的纳米金粒子能均匀地分布在孔道内,而另外两种材料负载的纳米金都有一定程度的聚集。（2）以30%双氧水溶液做氧化剂,所制备的三种纳米金催化剂催化苯乙烯环氧的活性顺序为:Au-PMO-2S-IL-SBA-15＞Au-4S-PMO-SBA-15＞Au-SH-SBA-15。同时考察了溶剂、反应温度、氧化剂用量、溶液pH值、金的负载量、催化剂用量以及反应时间对PMO-2S-IL-SBA-15负载的纳米金催化剂（Au-PMO-2S-IL-SBA-15）催化反应活性的影响。以50 mg催化剂催化1.2 ml（10 mmol）苯乙烯环氧化反应,在氧化剂的量为3.6 ml（30 mmol）,反应温度为60℃的条件下,反应8 h,苯乙烯的转化率为99.6%,环氧化物的选择性93.3%。催化剂在使用8次后,催化活性基本不变。（3）以70%的叔丁基过氧化氢（TBHP）水溶液为氧化剂,考察了负载型纳米金催化剂Au-PMO-2S-IL-SBA-15在苯甲醇氧化反应中的催化性能。考察了催化剂用量、反应温度、pH值以及Au负载量对反应活性的影响,结果表明,当反应温度为80℃,体系pH值为9.5,Au负载量为4.5%时,20 mg催化剂催化苯甲醇反应5 h,苯甲醇的转化率为29.1%,苯甲醛的选择性为100%,且催化剂可重复使用。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
第一章文献综述  10-33
  1.1 引言  10-11
  1.2 金催化剂的制备方法  11-18
  1.3 负载型纳米金催化剂的应用  18-26
  1.4 负载型纳米金催化剂催化性能的影响因素  26-30
    1.4.1 载体的影响  26-28
    1.4.2 金粒子粒径的影响  28-30
    1.4.3 水的影响  30
  1.5 本论文研究目的和主要研究内容  30-33
第二章 PMO负载纳米金催化剂的制备和表征  33-48
  2.1 引言  33-34
  2.2 实验部分  34-38
    2.2.1 实验试剂及仪器  34-35
    2.2.2 负载型纳米金催化剂的制备  35-37
    2.2.3 催化剂的表征  37-38
  2.3 结果与讨论  38-46
    2.3.1 N_2吸脱附表征  38-40
    2.3.2 小角XRD表征  40-42
    2.3.3 UV-vis表征  42-43
    2.3.4 TEM表征  43-46
  2.4 小结  46-48
第三章 PMO负载纳米金催化剂催化苯乙烯环氧化反应的研究  48-67
  3.1 引言  48-49
  3.2 实验部分  49-51
    3.2.1 实验试剂及仪器  49-50
    3.2.2 催化剂性能评价  50-51
  3.3 结果与讨论  51-65
    3.3.1 70%叔丁基过氧化氢作用下的苯乙烯环氧化  51-57
    3.3.2 30%双氧水溶液作用下的苯乙烯环氧化  57-65
  3.4 小结  65-67
第四章 PMO负载纳米金催化剂催化苯甲醇氧化反应的研究  67-78
  4.1 引言  67-68
  4.2 实验部分  68-70
    4.2.1 实验试剂及仪器  68
    4.2.2 纳米金催化剂(Au-PMO-2S-IL-SBA-15)的制备  68-69
    4.2.3 催化剂的表征  69
    4.2.4 催化剂性能研究  69-70
  4.3 结果与讨论  70-77
    4.3.1 催化剂表征结果  70-72
    4.3.2 催化剂性能研究  72-77
  4.4 小结  77-78
第五章论文总结  78-80
参考文献  80-90
攻读学位期间发表的学术论文  90-91
致谢  91-92

功能化PMO介孔硅负载纳米金催化剂的制备及其催化性能的研究

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