發(fā)布時(shí)間：2018-04-18 07:41

  本文選題：碳膜 + 封裝　； 參考：《催化學(xué)報(bào)》2017年11期

【摘要】：鐵是地球上最豐富的元素之一,它在生命反應(yīng)中起到至關(guān)重要的作用.目前,鐵基催化劑廣泛應(yīng)用于合成氨、費(fèi)托合成、NO_x的選擇性催化還原等.最近,鐵因其含量豐富、價(jià)格低廉、無毒等優(yōu)勢而在多相催化方面引起了重點(diǎn)關(guān)注.最新研究發(fā)現(xiàn),鐵基催化劑在甲烷直接偶聯(lián)制乙烯、氧還原以及芳硝基化合物的選擇性加氫等領(lǐng)域具有突出表現(xiàn),其中芳硝基化合物選擇性加氫是一類具有重要應(yīng)用前景的反應(yīng),這是因?yàn)楸桨?AN)是一種重要的精細(xì)化學(xué)品和有機(jī)中間體,廣泛用于醫(yī)藥、染料、農(nóng)藥等行業(yè),苯胺的年產(chǎn)量超過了400萬噸,目前使用的催化劑主要有Raney Ni、負(fù)載鎳、Ru/SnO_2及少量鉑碳、鈀碳催化劑.但是,在Ni基催化劑上,硝基苯加氫主要經(jīng)過間接縮合途徑,同時(shí)會伴有氧化偶氮苯(AOB)、偶氮苯(AB)和氫化偶氮苯(HAB)等副產(chǎn)物生成,這些高沸點(diǎn)的副產(chǎn)物會帶來一系列問題,如產(chǎn)物分離困難、產(chǎn)品純度較低以及催化劑失活等.在這種情況下,為了加速苯胺生成,工業(yè)上一般采用過量的Raney Ni催化劑.貴金屬(如Pt,Pd和Ru等)對催化芳硝基化合物加氫具有極高的活性,且苯胺的生成主要經(jīng)過直接加氫途徑.然而,由于成本過高,貴金屬催化劑的大規(guī)模應(yīng)用還存在一定的困難.本文采用簡易的方法制備了一種鐵基催化劑,在這個(gè)催化劑中氧化鐵納米顆粒被碳膜包覆并嵌入至平板碳中(Fe_2O_3@G-C).該催化劑由活性炭、苯胺及醋酸亞鐵熱解所得.通過掃描電鏡(SEM)、拉曼光譜(Raman)及X射線衍射(XRD)分析,我們證實(shí)在原始碳顆粒上形成了新的碳膜.同時(shí)高倍透射電鏡圖也清楚地揭示了氧化鐵納米顆粒被碳膜包覆的結(jié)構(gòu).實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),Fe_2O_3@G-C-900催化劑(900 ~oC熱解所得)在芳硝基化合物選擇性加氫反應(yīng)中具有很高的活性.在2 MPa H_2,70 ~oC條件下反應(yīng)2 h,硝基苯(NB)轉(zhuǎn)化率達(dá)到95.4%,苯胺選擇性達(dá)到99.1%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他載體(活性炭、Si O_2、Al_2O_3和MgO)負(fù)載的鐵基催化劑.表征結(jié)果發(fā)現(xiàn),Fe_2O_3@G-C-900催化劑的高活性可能與其具有較大的比表面積(573.7 m~2/g)、孔體積(0.22 cm~3/g,孔徑小于2 nm)、高度分散的氧化鐵納米顆粒以及氧化鐵納米顆粒和其表面碳膜的協(xié)同作用密切相關(guān).此外,催化劑中引入的氮原子不僅可以在包覆的碳膜上形成缺陷,也能進(jìn)一步增強(qiáng)包覆在氧化鐵納米顆粒表面的碳膜的催化活性.通過對Fe_2O_3@G-C-900催化劑在硝基苯加氫反應(yīng)中的循環(huán)使用活性的考察,發(fā)現(xiàn)該催化劑在循環(huán)使用5次后,仍具有良好的活性.更重要的是,在Fe_2O_3@G-C-900催化劑上硝基苯的加氫主要是直接途徑,反應(yīng)中沒有高沸點(diǎn)AOB,AB和HAB等副產(chǎn)物生成.鑒于Fe_2O_3@G-C-900催化劑對NB加氫具有優(yōu)異的活性,我們還進(jìn)行了一系列含有不同取代基團(tuán)的芳硝基化合物的加氫實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)對位取代的底物相對于間位及鄰位的底物更容易發(fā)生加氫還原反應(yīng),這應(yīng)歸因于該催化劑的孔徑較小(0.52nm).這些研究方法可以擴(kuò)展至其他金屬催化劑的制備,以促進(jìn)高效益和可持續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展.
[Abstract]:......
【作者單位】： 浙江大學(xué)化學(xué)系生物質(zhì)化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;浙江大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院;
【基金】：supported by the National Natural Science Foundation of China(21473155,21273198) Natural Science Foundation of Zhejiang Province(LZ12B03001)~~
【分類號】：O643.36;TB383.1

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本文編號：1767443