【摘 要】
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硝基苯催化加氢制备苯胺是目前最适合用于工业化生产苯胺的绿色生产工艺。苯胺由于用途广泛,生产技术的革新具有极大的市场潜力和竞争力。伴随石油化工行业飞速发展,苯酚产量与日俱增,如何高效利用苯酚也成为化工领域的研究热点。Pd催化剂是加氢反应中的一种优异的催化剂。限域型Pd催化剂还可以使贵金属Pd均匀分散在载体中,提高金属原子利用率。超支化聚合物因其具有大量末端羟基和独特的内部空腔结构,可以对金属粒子起到
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硝基苯催化加氢制备苯胺是目前最适合用于工业化生产苯胺的绿色生产工艺。苯胺由于用途广泛,生产技术的革新具有极大的市场潜力和竞争力。伴随石油化工行业飞速发展,苯酚产量与日俱增,如何高效利用苯酚也成为化工领域的研究热点。Pd催化剂是加氢反应中的一种优异的催化剂。限域型Pd催化剂还可以使贵金属Pd均匀分散在载体中,提高金属原子利用率。超支化聚合物因其具有大量末端羟基和独特的内部空腔结构,可以对金属粒子起到固定和分散的作用,从而提高催化剂的活性及稳定性。同时,其制备工艺简单且成本低廉,适合规模化生产。为此,本论文设计制备了以端羟基超支化聚合物(H102)为载体的限域Pd纳米粒子催化剂(Pd@H102-350)和限域双金属Pd-Ir纳米催化剂(Pd-Ir@H102-350)。结合H102的自组装,对所合成的催化剂的结构进行了分析和表征,并考察了它们在加氢反应中的催化性能。以PdCl2为金属前驱体,H102为限域载体,异丙醇为溶剂,适量NaHCO3存在下,100℃油浴还原1h后,制备得到H102自组装体限域的Pd纳米材料(Pd@H102);再在氮气气氛下350℃煅烧2 h,成功制备得到一种新型的基于部分碳化的超支化聚合物自组装体限域的Pd复合纳米催化剂(Pd@H102-350)。反应体系中,PdCl2/H102/NaHCO3的摩尔比为1/2/3,其中,异丙醇体积为20 ml,PdCl2用量为0.5 mmol。系统考察了溶剂种类、反应温度、反应时间、添加剂用量等反应参数对催化剂制备的影响,利用TEM、STEM、SEM、XRD、XPS、FT-IR、TG等对所合成的Pd@H102-350复合纳米催化剂进行了一系列分析和表征。所合成的Pd@H102-350复合纳米催化材料呈现均一空腔球形结构,金属Pd纳米粒子主要分布在部分碳化的超支化聚合物自组装结构的空腔球壁上,平均粒径约为4.25nm。初步阐明了Pd@H102-350复合纳米催化材料的控制合成机理。研究了Pd@H102-350复合纳米催化剂在室温条件下催化硝基苯及其衍生物加氢的性能,系统考察了溶剂、反应时间、氢气压强等对Pd@H102-350的催化性能的影响。结果显示,以乙醇为溶剂,0.5 MPa H2压力下,在室温(25℃)下反应30 min,硝基苯转化率达100%,苯胺选择性可达99.9%以上,且重复使用10次仍可保持99%以上的转化率和选择性。在相同条件下,Pd@H102-350对不同硝基苯衍生物的催化加氢具有同样的高转化率和高选择性。初步考察该催化剂催化硝基苯氢化反应机理。Pd@H102-350复合纳米催化剂催化苯酚选择性加氢制环己酮的反应中也表现出较高的催化活性。以水为溶剂,0.75 MPa H2压力下,85℃反应4 h,苯酚转化率可达99.8%,环己酮选择性达87.9%,初步阐明了该催化反应机理。可见,Pd@H102-350复合催化剂不仅可用于硝基苯及其衍生物在室温及较低的氢压下快速高效选择性氢化,也可用于苯酚的高选择性氢化制环己酮。以H102为限域载体,PdCl2和IrCl3为金属前驱体,异丙醇为溶剂,在适量NaHCO3存在下,120℃油浴还原1 h后,制备得到H102自组装体负载的Pd-Ir合金纳米材料(Pd-Ir@H102);再在氮气气氛下350℃煅烧2 h,成功制备得到一种新型的基于部分碳化的超支化聚合物自组装体限域稳定的Pd-Ir合金纳米催化剂(Pd-Ir@H102-350)。反应体系中,(PdCl2+IrCl3)/H102/NaHCO3的摩尔比为1/2/2.5,其中,异丙醇体积为20 ml,PdCl2和IrCl3用量均为0.25 mmol。利用TEM、STEM、SEM、XRD、XPS、FT-IR等对所合成的Pd-Ir@H102-350复合纳米催化剂进行了一系列分析和表征。结果显示,Pd-Ir@H102-350催化剂同样呈现出与Pd@H102-350类似的球形空腔结构,Pd-Ir合金纳米粒子平均粒径为1.93 nm,均匀分散在部分碳化的超支化聚合物自组装结构的空腔球壁上。Pd-Ir@H102-350复合纳米催化剂在硝基苯及其衍生物的选择性加氢制芳胺的反应中也表现出优良的催化性能。在乙醇中,H2压力1 MPa,常温(25℃)下反应45 min,硝基苯及其衍生物转化率可达100%,对应芳胺选择性可达99.9%以上,且在硝基苯加氢反应中重复使用10次仍保持催化活性不变。
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