论文部分内容阅读
H2、O2在催化剂作用下直接合成H2O2具有工艺简单、生产成本低、环境友好等优点,近年来得到广泛的研究。目前,Pd基催化剂是公认直接合成H2O2效果最好的催化剂,但是,常规Pd基催化剂活性组分Pd粒径较大,提供活性表面较少导致较低的H2O2选择性和产率。为了减小活性组分Pd纳米粒子粒径,提高其活性表面,论文采用电负性较弱非贵金属M(Co、Ni、Cu,其电负性均为1.9)为助剂加入到Pd(电负性为2.2)中,一方面基于电子转移理论,非贵金属上的电子转移到Pd上,改变Pd的电子结构,提高Pd表面电子云密度,使得Pd表面可能不仅以Pd0的形式存在,还以Pd2+形式存在,从而增强Pd的分散度,达到降低Pd粒径,提高其活性表面的目的;另一方面非贵金的加入也能降低贵金属Pd的成本。此外,课题组前期研究表明,以Pd为核,多孔材料N为壳制备核壳结构催化剂显示较好的稳定性,解决常规负载型Pd基催化剂在反应过程中活性组分Pd迁移和团聚的问题。鉴于此,本文以非贵金属加入的双金属Pd-M为核、多孔材料(SiO2、多孔C)为壳制备核壳结构催化剂Pd-M@N。采用TEM-EDS、XRD、孔结构分析仪等分析催化剂的结构、形貌、活性组分晶体尺寸以及孔结构分布等,探讨非贵金属种类及比例对其合成H2O2活性的影响,同时论文也讨论了壳层CTAB添加量、核Pd-Co双金属经Br原位改性对其合成H2O2性能的影响。具体研究内容如下:1.非贵金属掺杂对催化剂Pd-M@N(M=Co、Ni、Cu)合成H2O2催化性能的影响。以双金属Pd-M为核,多孔材料(SiO2和C)为壳核壳结构催化剂Pd-M@N的制备及其合成H2O2性能研究。研究结果表明,非贵金属M的添加,降低活性组分Pd粒径,以C为壳各催化剂上Pd粒径顺序为:Pd-Co@HCS<Pd-Ni@HCS<Pd-Cu@HCS<Pd@HCS,催化剂合成H2O2产率、选择性和收率大小顺序与其Pd粒径相反。这是由于Pd粒径越小,提供的活性表面越多,越有利于反应物分子的吸附与活化,催化剂活性越高。以SiO2为壳层制备催化剂Pd-M@SiO2也得到类似结论。2.mPd/mCo比对催化剂Pd-Co@HCS合成H2O2性能的影响。研究结果表明,随mPd/mCo的增加,Pd粒径先降低后增大,当mPd/mCo比为4.4:1时,Pd纳米粒子粒径最小,为7.29 nm,其合成H2O2选择性和产率最大。经5次循环,该催化剂合成H2O2产率从1996mmol/gPd-1·h-1降到1826mmol/gPd-1·h-1,产率下降8.5%,显示较好的稳定性。3.Pd-Co@HCS催化剂壳层扩孔剂CTAB添加量和Br-原位改性对其合成H2O2性能的影响。研究结果表明,扩孔剂CTAB添加量对Pd晶体粒径无影响,但明显改变壳层孔结构参数。随CTAB添加量的增加,壳层微孔孔容先增大后降低,当CTAB添加量为4g时,壳层微孔孔容最大。较大的壳层微孔孔容有利于反应物的吸附及其在Pd表面的富集,从而提高催化剂合成H2O2的产率。少量Br-的原位改性降低催化剂Pd-Co@HCS中Pd晶体尺寸,适宜的KBr添加量为0.03g,Pd晶体尺寸最小,其合成H2O2的选择性和产率较高,分别为92%和2123mmol/gPd-1·h-1。经5次循环,该催化剂合成H2O2的产率从2123mmol/gPd-1·h-1降低到2012mmol/gPd-1·h-1,仅下降了5.2%,显示较好的稳定性。