铁改性介孔材料的合成及苯酚催化氧化研究

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以H2O2为氧化剂,苯酚直接氧化生产苯二酚是目前最理想的绿色化学生产方法。该工艺工业上主要以TS-1作为催化剂,其缺点在于催化剂的价格昂贵和以丙酮为溶剂会带来环境污染,从而构造一种廉价、环保且高效的催化剂成为研究的重点。铁元素是苯酚氧化反应中有效活性中心之一,具有含量丰富、环境友好和成本低廉等优点。然而,单纯Fe2O3在反应中的活性非常低、重复使用次数少。为提高其分散性并获得所需要的催化活性和稳定性,需要将其分散到载体上。  介孔材料具有极高的比表面积,狭窄且可调的孔径分布(2-50nm),易于修饰的表面化学特性等特点,是一种非常好的载体相。其规整孔道可作为“纳米反应器”,孔道的限域效应可使铁物种均匀稳定的组装进介孔分子筛的骨架或孔道内形成纳米复合材料,丰富化学特性,扩展其应用领域。因此,本论文主要合成高效的铁改性介孔材料的苯酚羟基化催化剂。具体工作如下:  (1)在碱性条件下,采用TEOS作为硅源,阴离子表面活性剂为金属螯合剂和模板剂,Fe2+离子原位诱导进入介孔SiO2孔道。煅烧后,Fe2O3原位生成且高度分散和稳定在孔道内,同时孔径分布被调到了微孔范围(<2 nm)。此外,研究了Fe功能化胶束在合成过程中的作用,以及Fe物种的存在状态,并考察了该催化剂中活性位的分散程度和孔径大小对苯酚氧化生产苯二酚的影响。  (2)在乙醇溶液中,以P123作为模板剂,异丙醇铝作为铝源,采用溶剂自挥发(HSA)方法,一步合成Fe掺杂的无定型介孔Al2O3。并研究了Al和Fe物种存在状态,以及表面具有的酸强度,系统的考察了催化剂中活性位和酸性强弱对苯酚氧化生产苯二酚的影响。  (3)以P123和CTAB为共模板剂,Fe(NO3)3·9H2O为铁源,一步水热合成了铁掺杂的缩孔SBA-15。研究了模板剂的摩尔比、pH、铁含量等因素对孔结构的影响,考察了该催化剂中活性位的分散程度和孔径大小对苯酚氧化的影响。
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