生物质碳基催化剂制备及其催化性能研究

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ananluo2009
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生物质是自然界中最丰富的可再生含碳资源,其广泛应用于各类化学品、燃料和材料等领域。生物质作为碳源合成的碳基催化剂具有廉价、易制备和污染小等优点,使其成为催化领域的研究热点之一。因此,本文以生物质为碳源制备了一系列生物质碳基催化剂,并考察了其在选择性还原、选择性氧化反应和生物醛还原醚化反应中的催化性能,主要内容和结果如下:(1)自蔓延碳化法制备磷掺杂碳基催化剂及其催化性能研究。以生物质果糖为碳源,开发了自蔓延碳化法制备磷掺杂碳基材料的方法;与传统的磷掺杂碳基材料制备方法相比,该方法充分利用了P2O5与水反应释放的化学热能来实现自蔓延碳化,该方法简单、快速、不产生酸性废液,也无需消耗额外的能量。该方法获得的磷掺杂碳基催化剂(PdZr/PDC)能够实现苯酚选择性加氢制备环己酮和苯甲醇选择性氧化制备苯甲醛:在50℃下反应6 h,苯酚的转化率可以达到99.7%,环己酮选择性为98.2%;在60℃下反应3 h,苯甲醇的转化率达到96.5%,苯甲醛的选择性为92.5%。PdZr/PDC在氧化和还原系统中均具有良好的循环性和稳定性;磷掺杂改变Pd金属颗粒的电子性质并在碳基催化剂表面引入酸性位点,促进了金属-载体相互作用进而提高了 PdZr/PDC的催化活性。(2)锆碳催化剂的制备及其催化5-羟甲基糠醛(HMF)制备呋喃二醚。通过锆盐、5-磺基水杨酸和生物质为原料,采用简单的水热法制备了具有Br(?)nsted酸和Lewis酸碱位的Zr-S-F催化剂;通过红外图谱研究了不同生物质碳源制备催化剂的机理;该催化剂可以实现HMF高效一锅法还原醚化得到2,5-双(异丙氧基甲基)呋喃(BPMF);优化了反应条件,在120℃和5 h的条件下,产率高达92.4%。通过对反应过程的跟踪、中间体反应、对照反应等,阐明了HMF在该催化剂上的反应路径和反应机理;考察了该催化剂的稳定性,并对其失活原因进行研究;该催化反应体系具有良好普适性,能够催化多种芳香醛一锅直接还原醚化得到相应的醚。
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