MWCNTs负载贵金属催化剂制备及α,β-不饱和醛选择性加氢反应的研究

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α,β-不饱和醛一直以来都是化工生产中重要的原料及中间体,其选择性加氢反应也是催化领域所关注的热点课题之一。其中,a,p-不饱和醛的分子结构中含有共轭的C=O键和C=C键,因此其加氢反应具有一定的选择性,完全不同于单个的C=C键或C=O键加氢。其选择性半加氢产物中,由C=O键上加氢得到的产物不饱和醇可用于生产香精香料、医药、化妆品等,由C=C键上加氢得到的产物饱和醛可用来制备治疗人类免疫缺陷病毒等药物的中间体。肉桂醛(CAL)和柠檬醛(citral)是两种重要的α,β-不饱和醛,其C=O键或C=C键上选择性加氢生成的产物在制备香精香料、精细化学品及制药方面都具有广泛的应用前景。所以,α,β-不饱和醛选择性加氢反应的深入研究对于控制化学反应的方向性和工业生产都具有重要而深远的意义。由于碳纳米管(MWCNTs)的结构较其它碳材料特殊,它具有独特的中空型腔体、大的比表面积和耐高温、耐酸碱腐蚀的稳定性等优点,将其作为催化剂载体,在液相反应中可以避免因扩散因素造成的影响,也能减少副反应的发生。因此,我们选择多壁碳纳米管作为催化剂载体,采用较为简单、快捷的液相还原法制备了Pt/MWCNTs和Pd/MWCNTs两种催化剂,并且基于二氧化碳(C02)与醇类分子之间的相互作用,选择C02和三氟乙醇(CO2+TFEOH)为选择性加氢的反应介质。选取了肉桂醛和柠檬醛催化加氢反应为模型,分别考察了反应时间、CO2压力、H2压力、反应温度及不同溶剂等因素对加氢反应的转化率及产物选择性的影响,并考察了两种贵金属催化剂的重复利用情况,主要结果如下:1.选取乙醇、三氟乙醇、异丙醇和丙酮四种有机溶剂,分别在不同温度和不同初始体积下比较它们在C02中的体积膨胀率变化。结果表明:膨胀性能较好的三氟乙醇可作为加氢反应的共溶剂,C02对有机溶剂的膨胀能力随着反应体系温度的升高而降低;有机溶剂的初始体积加入量对整个C02膨胀体系的效果影响不大;强极性的有机溶剂在C02中的膨胀性能小。在肉桂醛(或柠檬醛)和C02体系中加入一定量膨胀性能好的共溶剂(如TFEOH)有助于降低达到均相时所需的C02压力。2.对于肉桂醛的选择性加氢反应,Pt/MWCNTs催化剂主要倾向于C=O键加氢,加氢产物肉桂醇(COL)的选择性为97.3%,肉桂醛的转化率为99.3%;Pd/MWCNTs催化剂主要倾向于C=C键加氢,加氢产物苯丙醛(HCAL)的选择性为91.3%,肉桂醛的转化率为98.6%。催化剂的高选择性和高活性主要与负载的金属粒径较小(约3nm)有关,并且C02压力的升高有助于活化C=O键,C02对CAL的膨胀作用可以促进C=O键加氢,但对C=C键的加氢有一定的抑制。3.与CAL加氢有所不同,我们使用Pt/MWCNTs催化剂,通过改变时间、温度、压力和溶剂就可以使柠檬醛在C02膨胀体系中的加氢产物(香茅醇和不饱和醇)的选择性发生很大的变化。因此,本文中对柠檬醛选择性加氢反应性能的初步考察,对于其加氢反应的深入研究提供了实验依据。
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