【摘 要】
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随着环境恶化和能源短缺问题日益严重,绿色化工理念愈加受到重视。以氢气作为还原剂的催化加氢反应是精细化学品制造业中的一种重要的还原方法,符合原子经济和环境友好原则,是绿色清洁的化学技术。其中,(加氢)脱氧反应因能应用于生物油的精制而引起了广泛的关注。然而,(加氢)脱氧反应较普通加氢过程更难实现,所以相应催化剂的开发是实现该工艺的关键。因此,开发经济、环保、高效的非均相(加氢)脱氧催化剂具有重要意义。
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随着环境恶化和能源短缺问题日益严重,绿色化工理念愈加受到重视。以氢气作为还原剂的催化加氢反应是精细化学品制造业中的一种重要的还原方法,符合原子经济和环境友好原则,是绿色清洁的化学技术。其中,(加氢)脱氧反应因能应用于生物油的精制而引起了广泛的关注。然而,(加氢)脱氧反应较普通加氢过程更难实现,所以相应催化剂的开发是实现该工艺的关键。因此,开发经济、环保、高效的非均相(加氢)脱氧催化剂具有重要意义。与传统的金属负载型催化剂相比,M-N-C型催化剂更加稳定,不易出现活性组分的“浸出”、“团聚”,吸引了研究者的广泛关注,但目前对于该类催化剂的研究尚属起步阶段。研究发现,金属纳米颗粒的分散性是影响M-N-C催化剂氢化活性的重要因素之一。基于此,本文通过优化M-N-C型催化剂中活性组分的分散构筑高活性的催化剂并应用于(加氢)脱氧反应。本文首先利用Co和CeO2可以形成固溶体的特性,拟通过引入第三组分CeO2来改性Co-N-C催化剂。通过XRD和拉曼光谱证实了Ce-O-Co固溶体的形成。TEM表征表明原位引入的CeO2纳米颗粒和Co可以促进彼此分散。EDS图谱和ICP-OES结果证实了Co的存在。CeO2的引入增加了催化剂的BET比表面积。磁性测试进一步说明了CeO2与Co之间的相互作用。XPS表征表明,电子从Co转移到Ce,这可以加强Co与掺杂N元素之间的相互作用。Ce-O-Co固溶体的形成可以实现对金属活性位点分布的有效调控。选择香草醛加氢脱氧反应评价催化剂的性能,考察其在生物油提质工艺中的应用,Co/Ce@NC表现出优异的加氢脱氧性能。此外,该催化剂具有良好的循环稳定性及底物普适性。在前面工作的基础上,进一步研究了CeO2添加量对Co-N-C催化剂活性的影响。通过改变第三组分CeO2的含量,制备了一系列CoCex/N-C催化剂。结合表征结果可以看出,适当的CeO2添加量有利于Ce-O-Co固溶体的形成。当CeO2含量较低时,难以形成Ce-O-Co固溶体;当CeO2含量过高时,Ce-O-Co固溶体会分相,Co很容易从Ce-O-Co固溶体中析出,发生团聚。将催化剂应用于亚砜选择性脱氧生成硫化物的反应,发现当Ce(NO3)3·6H2O和维生素B12的质量比约为3:1时,所制催化剂具有良好的活性和抗毒化性。
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