论文部分内容阅读
选择性氧化反应是目前化学工业中非常重要的一类反应。甲苯侧链氧化一直以来都是人们研究的重点，以寻求能大量生产附加值高的甲苯下游产品的工艺。针对甲苯氧化中反应条件严苛、转化率和选择性低的难题，本文通过界面调控等方法，以Co3O4为核和MnO2为壳制备核壳结构Co3O4@MnO2催化剂，构筑钛基电催化膜，并以此为基础构建电催化膜反应器(ECMR)，开展出一条绿色高效的催化甲苯液相氧化的工艺路线。
首先，以管式微孔钛膜为基膜，采用水热法原位负载一维钴氧化物纳米结构，成功制备了纳米颗粒状和纳米针状结构的四氧化三钻催化剂，构筑钛基电催化膜电极。结果表明，Co3O4与Ti基膜之间存在化学键结合，Co3O4NNs/Ti膜电极表现出较小的界面电荷转移电阻(29Ω)和较高峰值电流(Ip)，电化学活性更优。其次，以一维纳米针Co3O4为核和MnO2为壳构筑Co3O4@MnO2钛基电催化膜，并对Co3O4@MnO2/Ti电催化膜进行材料表征和电化学测试。结果表明，Co3O4@MnO2/Ti膜比表面积约为0.269m2/g，循环伏安曲线的峰电流值Ipa明显高于MnO2/Ti膜的峰电流值Ipa(0.49mA cm-2)，核壳结构Co3O4@MnO2/Ti膜电极的电化学性能更加优异，外部的MnO2壳层有利于催化活性的提高。
然后，以Co3O4@MnO2/Ti电催化膜为阳极，构建ECMR用于苯酚降解和甲苯的催化氧化反应。其中处理含酚废水效果明显，COD和TOC去除率达到95.7％和93.5％。进而选择甲苯-水-乙酸三元电催化反应体系氧化甲苯，结果表明，在初始浓度30.0mmol L-1，电流密度为3.0mA cm-2，停留时间为20min时，甲苯转化率达到59.8％，苯甲醛选择性为22.2％。初步证实了核壳结构Co3O4@MnO2/Ti电催化膜电极有利于甲苯选择性氧化。
此外，本论文对双金属Au@Ag核壳结构也进行了初步研究，成功制备了2nm和9nm两种不同Ag壳层厚度的Au@Ag异质纳米颗粒，并利用自组装过程得到一维链状纳米结构。
首先，以管式微孔钛膜为基膜，采用水热法原位负载一维钴氧化物纳米结构，成功制备了纳米颗粒状和纳米针状结构的四氧化三钻催化剂，构筑钛基电催化膜电极。结果表明，Co3O4与Ti基膜之间存在化学键结合，Co3O4NNs/Ti膜电极表现出较小的界面电荷转移电阻(29Ω)和较高峰值电流(Ip)，电化学活性更优。其次，以一维纳米针Co3O4为核和MnO2为壳构筑Co3O4@MnO2钛基电催化膜，并对Co3O4@MnO2/Ti电催化膜进行材料表征和电化学测试。结果表明，Co3O4@MnO2/Ti膜比表面积约为0.269m2/g，循环伏安曲线的峰电流值Ipa明显高于MnO2/Ti膜的峰电流值Ipa(0.49mA cm-2)，核壳结构Co3O4@MnO2/Ti膜电极的电化学性能更加优异，外部的MnO2壳层有利于催化活性的提高。
然后，以Co3O4@MnO2/Ti电催化膜为阳极，构建ECMR用于苯酚降解和甲苯的催化氧化反应。其中处理含酚废水效果明显，COD和TOC去除率达到95.7％和93.5％。进而选择甲苯-水-乙酸三元电催化反应体系氧化甲苯，结果表明，在初始浓度30.0mmol L-1，电流密度为3.0mA cm-2，停留时间为20min时，甲苯转化率达到59.8％，苯甲醛选择性为22.2％。初步证实了核壳结构Co3O4@MnO2/Ti电催化膜电极有利于甲苯选择性氧化。
此外，本论文对双金属Au@Ag核壳结构也进行了初步研究，成功制备了2nm和9nm两种不同Ag壳层厚度的Au@Ag异质纳米颗粒，并利用自组装过程得到一维链状纳米结构。