【摘 要】
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过氧化氢(H2O2),作为一种重要的绿色化工产品,被广泛应用于化工、食品、制药、环境保护、医疗和电子工业等行业。目前,工业化生产H2O2主要采用蒽醌法,但该工艺仅适合大规模生产,工艺流程复杂、能耗高,所用介质蒽醌发生降解还会造成环境污染。与之相比,氢氧直接合成H2O2因过程绿色环保,副产物仅为H2O,且反应原子经济性强、工艺简单而成为当今世界绿色化学领域的研究热点。温和条件下氢氧直接合成H2O2主
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过氧化氢(H2O2),作为一种重要的绿色化工产品,被广泛应用于化工、食品、制药、环境保护、医疗和电子工业等行业。目前,工业化生产H2O2主要采用蒽醌法,但该工艺仅适合大规模生产,工艺流程复杂、能耗高,所用介质蒽醌发生降解还会造成环境污染。与之相比,氢氧直接合成H2O2因过程绿色环保,副产物仅为H2O,且反应原子经济性强、工艺简单而成为当今世界绿色化学领域的研究热点。温和条件下氢氧直接合成H2O2主要采用钯(Pd)基负载型催化剂,由于气固液的三相反应体系中,持续搅拌下Pd易流失,降低催化活性,同时进入反应介质的Pd还会促进H2O2分解,降低了H2O2稳定性,最终导致H2O2选择性、收率和浓度都较低。鉴于此,为提高Pd基催化剂活性和H2O2稳定性,本论文从Pd纳米颗粒出发,采用溶胶-凝胶法制备了以Pd为核,SiO2为壳的核壳型Pd@SiO2催化剂,研究了Pd和Pd@SiO2催化剂表面性质对直接合成H2O2催化性能的影响,并成功制备了催化活性较优的Pd@SiO2催化剂。研究了Pd性能对Pd催化剂直接合成H2O2催化性能的影响,借助TEM、XRD等表征手段对Pd形貌、颗粒尺寸和结晶度进行表征分析。结果表明:PVP为稳定剂,n PVP:n Pd Cl2=2,反应温度为80℃时制备的Pd颗粒尺寸最小,分散性最好,以其制备的Pd@SiO2催化剂催化性能最优,反应第1 h,H2O2选择性、收率和H2转化率分别为51.94%、16.88%和32.50%,反应4 h后,H2O2浓度为0.21 wt%。研究了制备条件对Pd@SiO2催化剂直接合成H2O2催化性能的影响,借助TEM、XRD、BET、NH3-TPD等表征手段对催化剂微观形貌、晶体结构、孔结构和表面酸性进行了表征分析,考察了Pd@SiO2催化剂孔结构和表面酸性对催化性能的影响。结果表明:采用溶胶-凝胶法成功制备了中空球形结构的Pd@SiO2催化剂,且在CTAB浓度为64C1,老化温度100℃、老化时间2 d,TEOS用量为4 m L时制备的Pd@SiO2催化剂催化性能最优,反应第1 h,H2O2的选择性、收率和H2转化率分别为71.06%、17.86%和25.14%,反应4 h后,H2O2的浓度为0.28 wt%。研究了工艺条件对Pd@SiO2催化剂直接合成H2O2催化性能的影响。结果表明,适宜的工艺条件为:n O2/n H2=2,反应温度0℃,酸助剂0.3 mol/L的H2SO4,促进剂0.001 mol/L的Br-,反应第1 h,H2O2的选择性、收率和H2转化率分别为70.81%、28.51%和40.26%,反应4 h后,H2O2的浓度为0.57 wt%。
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