镍基纳米催化剂的制备及其对邻苯二甲酸二辛酯加氢反应的性能

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与目前常用的邻苯二甲酸酯类(PAEs)增塑剂相比,环己烷-1,2-二甲酸二酯具有生物毒性低、增塑效果优异等优点,是一类重要的环保型增塑剂。PAEs加氢法具有原子利用率高等优点,是目前环己烷-1,2-二甲酸二酯最重要的合成方法。由于PAEs中的苯环带有吸电子取代基,化学稳定性高,一般需要贵金属催化剂才能实现其完全加氢。因此,制备高效、低成本的PAEs加氢催化剂极具理论和应用价值。本文以非贵金属镍为活性组分,制备了一系列镍基纳米催化剂应用于邻苯二甲酸二辛酯(DOP)催化加氢合成环己烷-1,2-二甲酸二辛酯的反应。首先,以蒙脱土(MMT)为载体,采用不同制备方法得到多个Ni/MMT催化剂,研究了制备方法对催化性能的影响。结果表明,蒸氨法制备的催化剂Ni/MMT-AE在DOP加氢反应中表现出优异的催化性能,在苛刻反应条件下可循环使用10次而无明显的活性损失。通过透射电子显微镜(TEM)、氢-程序升温还原(H2-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段证明,Ni/MMT-AE催化剂中的镍粒子高度分散,且与载体之间存在较强相互作用力,抑制镍纳米粒子的团聚和流失,提高催化剂的稳定性。其次,以水热共沉淀法原位制备的镍铝水滑石为前驱体,经焙烧和还原制备了一种镍铝水滑石衍生的镍基纳米催化剂NiAl-LDO。该催化剂在DOP加氢反应中催化性能突出,在最佳反应条件下使DOP转化率达到99%,且可循环使用7次;而浸渍法制备的Ni/Al2O3催化剂相同条件下DOP转化率仅为20%,且使用3次后下降至10%。通过表征证明水滑石前驱体的生成提高了活性组分镍的分散,同时增强了镍与载体之间的相互作用,提高了催化剂的催化性能。最后,通过离子交换法在蒙脱土层板间引入Ni2+和Al3+,再通过水热共沉淀法原位生长水滑石,得到了同时具备蒙脱土热稳定性与水滑石高活性的复合纳米催化剂Ni2Al1-MMT。该催化剂在DOP加氢反应中催化性能优异,底物转化率为99%,还可循环使用14次而无明显的活性损失。这可能是由于蒙脱土层板和源于水滑石的Ni-Al氧化物的双重限域效应有效提升了该催化剂的活性和稳定性。
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