Pt--Bi2WO6选择性光催化氧化苯甲醇产苯甲酸的研究

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苯甲酸常被用作药物或防腐剂中的添加剂,并作为化工原料广泛应用于合成纤维、合成树脂、涂料、合成橡胶以及香烟生产等行业中。传统的苯甲酸生产方法多为高温高压的条件,且会大量产生有毒有害物质。随着人们环保意识不断增强,需要寻找一种绿色高效手段替代。本论文在常温常压下采用光催化手段通过选择性氧化苯甲醇制备得到苯甲酸。
  主要研究内容与结果如下:
  (1)通过水热法和化学还原等方法,制备得到Bi2WO6和不同Pt比例改性的Bi2WO6(2wt%Pt-Bi2WO6,3wt%Pt-Bi2WO6,4wt%Pt-Bi2WO6,5wt%Pt-Bi2WO6)。实验结果表明,10℃时,在可见光的照射下,4wt%Pt-Bi2WO6对苯甲醇的转化量在半小时内达到100%,苯甲酸的选择性生成率在4小时内达到63%。当温度为50℃,pH为9时,苯甲酸的选择性生成率几乎达到100%。
  (2)利用掺杂GO方法提高4wt%Pt-Bi2WO6稳定性。采用改进的Hummer’s法合成GO,并通过水热法与Bi2WO6前驱体结合。实验结果表明,20wt%GO-4wt%Pt-Bi2WO6稳定性最好。在三次循环实验中,苯甲酸的选择性生成效率没有明显减弱。通过XPS对比20wt%GO-4wt%Pt-Bi2WO6和3rd-20wt%GO-4wt%Pt-Bi2WO6分析发现,C,Pt,Bi,W和O等元素的特征峰均未发生偏移,与未经改性的催化剂相比,有明显改善。
  (3)通过自由基淬灭实验以及EPR检测分析可知,表面氧空位和·O2-在选择性氧化过程中起着重要作用。通过对中间产物进行HPLC-MS分析表明,在Pt-Bi2WO6光催化氧化体系下,苯甲醇转化为苯甲酸的可能路径为苯甲醇先转化为甲苯,在·O2-的作用下立即转化为苯甲醛,由于自由基的强氧化作用,苯甲醛继续转化为苯甲酸,为探究催化氧化反应机理提供了一定的研究经验。
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