【摘 要】
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负载型贵金属Pt催化剂由于具有优异的活性,使其广泛应用在加氢和脱氢等催化反应中。而ZSM-5分子筛因为其良好的水热稳定性、可控的孔道结构、可调变的酸性位和酸强度,常常用作贵金属负载型催化剂的载体。因此,本论文通过对商品ZSM-5改性、引入第二种金属以及合成中空结构ZSM-5载体三种方法,成功合成了改性的Pt/ZSM-5、Pt Co/ZSM-5和三种催化剂。采用XRD、TEM、N2吸脱附、FT-IR
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负载型贵金属Pt催化剂由于具有优异的活性,使其广泛应用在加氢和脱氢等催化反应中。而ZSM-5分子筛因为其良好的水热稳定性、可控的孔道结构、可调变的酸性位和酸强度,常常用作贵金属负载型催化剂的载体。因此,本论文通过对商品ZSM-5改性、引入第二种金属以及合成中空结构ZSM-5载体三种方法,成功合成了改性的Pt/ZSM-5、Pt Co/ZSM-5和三种催化剂。采用XRD、TEM、N2吸脱附、FT-IR、NH3-TPD、XPS、H2-TPR等各种表征手段对制备的分子筛催化剂的理化性质进行测试和分析,并将其应用在模型加氢反应——肉桂醛(CAL)选择性加氢生成肉桂醇(COL)中测试催化性能,深入研究了催化剂性能和结构之间的构效关系。首先,使用碱处理法成功制备了一系列ZSM-5负载Pt催化剂。使用0.1 M Na OH处理的Pt/ZSM-5(0.1)催化剂在CAL选择加氢生成COL反应中展现出最高的CAL转化率,在反应2 h的转化率为90.5%,远高于未碱处理的Pt/ZSM-5(79.0%)和碱处理的Pt/ZSM-5(0.05)(80.6%)和Pt/ZSM-5(0.2)(20%)催化剂。表征结果显示,高分散的金属Pt粒子均匀负载在载体ZSM-5上,尺寸约为4-5 nm。催化活性的提升是由于ZSM-5(0.1)表面更多的弱酸性位以及金属Pt和ZSM-5(0.1)之间更强的相互作用,有利于CAL上C=O双键的加氢。其次,通过沉积沉淀法在碱处理ZSM-5分子筛上负载不同比例的Pt Co双金属,成功制备出一系列不同Pt Co摩尔比的Pt Co/ZSM-5催化剂。对比Pt/ZSM-5、Co/ZSM-5以及Pt Co/ZSM-5催化剂,Pt8Co1/ZSM-5催化剂在CAL选择性加氢生成COL反应中展现出最高催化活性,在反应2 h的转化率高达98.5%。表征结果显示,Pt Co纳米粒子粒径较小且高分散于载体上,Pt Co纳米粒子尺寸为2-3 nm。Pt8Co1/ZSM-5高活性的原因不仅来自于其表面存在最强的弱酸性位以及双金属Pt8Co1和ZSM-5之间的强相互作用,还有添加金属Co后,金属表面通过金属-金属相互作用对金属Pt上电子环境的变化。最后,将摩尔比8:1的Pt Co成功负载在中空HZSM-5(HZ5-A)上,合成了Pt8Co1/HZ5-A催化剂。对比商品ZSM-5负载Pt8Co1和自制ZSM-5负载Pt8Co1催化剂,Pt8Co1/HZ5-A催化剂在CAL选择性加氢生成COL反应中展现出最高催化活性和最快的反应速率,反应0.5 h时CAL转化率就能达到85%以上。表征结果显示,高活性的原因除了Pt Co双金属的电子效应以外,中空结构的HZ5-A不仅存在较强的弱酸性位点而且增大了与反应物的接触面积。
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