金属基SBA-15分子筛在苯催化氧化制苯酚中的催化性能研究

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苯酚作为一种重要的有机中间体,是合成双酚A、酚醛树脂等化工产品的主要原料,具有广泛的用途与广阔的发展前景。在多种制备苯酚的方法中,以H2O2为氧化剂直接催化氧化苯制取苯酚是一种高效、绿色清洁的合成方法。介孔分子筛SBA-15因其孔道结构规整、稳定性较高等优势而被广泛应用于诸多催化体系中。本论文通过水热法合成了介孔分子筛SBA-15,并将其作为催化剂载体。选用廉价易得且性能优异的金属元素铁与铜作为催化剂的活性中心对其进行功能化改性。为使活性中心获得较好的稳定性与分散度,铁与铜分别采用掺杂法与接枝法引入载体内,最终制备了铁基与铜基的单金属催化剂以及两者共存的双金属催化剂。对于所制备的样品,利用XRD、FT-IR、UV-vis、TEM、N2吸附脱附和一氧化二氮化学吸附等手段进行表征,证明了金属组分的成功引入,同时所制备样品具有规整的孔道结构、均匀的孔径分布、较大的比表面积与孔体积以及良好的金属分散性。将所制备的样品作为催化剂,用于以H2O2为氧化剂的苯催化氧化反应中以测定其催化性能。通过对反应结果的研究发现,铁与铜在苯的催化氧化过程中均表现出出色的催化活性。其中,铁对反应物的活性能力较强,但是铁基单金属催化会导致严重的过度氧化,而无法有效获得目标产物苯酚。铜基单金属催化剂对于苯的活化能力与铁相比较弱,然而其对于反应进程的控制能力远高于铁,可以获得极高的苯酚选择性。当使用铁铜双金属催化剂时,可以同时获得苯的高转化率与苯酚的高选择性,达到“1+1>2”的效果,证明在催化剂内铁与铜存在协同效应,并显著提升催化剂的催化性能。其中,铁的存在高效地活化了苯环,提高了苯的转化率,而铜的存在,有效抑制了苯的过度氧化,保证了苯酚的高选择性。最终可获得30%以上的苯转化率以及90%的苯酚选择性。最后,通过循环稳定性实验证明了所制备的催化剂至少在5次循环内保持高催化活性,说明其具有良好的循环稳定性。
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