负载型Ru、Ir、Pd催化剂催化卤代芳香硝基化合物选择加氢的研究

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本文研制了Ru-Ir/γ-Al2O3等一系列负载型贵金属催化剂,系统地研究了它们在催化卤代芳香硝基化合物加氢反应中的催化性能,考察了修饰剂对这些催化剂在催化卤代芳香硝基化合物反应中的修饰作用。1、以对氯硝基苯(p-CNB)为底物,考察了双金属催化剂Ru-Ir/γ-Al2O3金属组成、制备方法和制备条件对催化剂活性和选择性的影响。结果表明选择γ-Al2O3为载体,用异丙醇共浸渍,过滤干燥后,以乙醇做溶剂,在氢压为4MPa,150℃条件下用氢气还原18小时后,60℃真空干燥制得的催化剂性能较好。使用该催化剂考察了反应温度、压力、时间、溶剂种类、修饰剂的添加对反应的影响。实验结果表明:Ru-Ir/γ-Al2O3双金属催化剂对p-CNB的加氢具有较好的的催化性能。反应温度为70℃、氢压为1MPa、底物与催化剂中总金属含量的摩尔比为1000:1时,反应进行150min,p-CNB的转化率可达到100%,生成的对氯苯胺(p-CAN)的选择性可达95.0%。向体系中添加有机修饰剂对催化剂的活性和选择性有重要影响,其中以乙二胺和L-赖氨酸为修饰剂(修饰剂与底物的摩尔比为1:100)时效果最佳。在70℃,1.0MPa,1h的反应条件下,不添加修饰剂,转化率为32.4%,目标产物p-CAN的选择性为97.0%。当在上述反应条件下向该催化体系中添加乙二胺时,转化率和选择性分别上升到95.6%和100%;当添加L-赖氨酸时,转化率和选择性分别上升到97.6%和100%,均无脱卤产物和偶氮化合物生成。2、用乙醇-水混合溶液还原法制备了以PVP稳定的Pd/γ-Al2O3负载型催化剂用于对氯硝基苯的选择加氢,对氯苯胺的选择性较差,脱卤较严重。向反应体系里添加不同金属离子作为修饰剂,发现添加Sn4+时,催化活性明显提高,脱卤反应很大程度上被抑制。在50℃,1.0MPa,底物与催化剂中总金属含量摩尔比为1000:1时,直接在反应体系中添加n(Sn4+)/n(Pd)=1的锡离子后,加氢反应的平均速率从1.28 molH2/molPd·s增大到1.96molH2/molPd·s,生成的p-CAN的选择性从66.8%提高到96.6%。当反应体系中添加的Sn4+达到n(Sn4+)/n(Pd)=5,脱卤反应完全被抑制,p-CAN的选择性达到99.2%,生成对氯亚硝基苯(F-CNSB)0.8%。依据实验的结果,Sn4+的修饰机理可能是Sn4+与底物中的-NO2相互作用加强了N=O键的极性从而提高的硝基的加氢速率。因此,C-Cl键的极性降低,强度增大,脱卤反应被有效地抑制了。
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