【摘 要】
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随着现代工业的快速发展,大量未经处理而直接排放到环境中的工业化学品已经对人类、土壤、水资源乃至整个生态系统构成了严重的威胁。作为水体污染物之一的硝基芳香族化合物在水中的稳定性较高不易自然降解,目前降解硝基芳香族化合物最主要的途径是通过催化加氢法将其还原为相应的芳香胺。但传统加氢手段是直接通过高温高压加氢来还原硝基化合物,这种方法最大的缺点是成本高、安全系数低且对H2的利用率不高等。因此,本文开发出
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随着现代工业的快速发展,大量未经处理而直接排放到环境中的工业化学品已经对人类、土壤、水资源乃至整个生态系统构成了严重的威胁。作为水体污染物之一的硝基芳香族化合物在水中的稳定性较高不易自然降解,目前降解硝基芳香族化合物最主要的途径是通过催化加氢法将其还原为相应的芳香胺。但传统加氢手段是直接通过高温高压加氢来还原硝基化合物,这种方法最大的缺点是成本高、安全系数低且对H2的利用率不高等。因此,本文开发出一种高效的方法通过富含氢的化合物代替H2来构建硝基芳烃的串联加氢反应,但串联加氢还原法最关键的问题是需要构建一个更加高效的催化体系。本论文通过操作简单、制备流程短的氨水共沉淀法-煅烧法,对四种过渡金属(铁、钴、镍、铜)进行两两组合,成功制备了用于卤代硝基芳烃加氢反应的贱金属杂化物或载体型金属纳米催化剂。利用相关表征手段分析了催化剂的物相、结构、形貌,并对其催化性能进行了考察。具体研究内容如下:(1)通过氨水共沉淀法-煅烧法制备了一系列镍钴杂化物纳米催化剂。对该系列催化剂的物相、结构和相貌的表征以及其催化性能的评估结果表明:负载有部分Co SO4纳米颗粒的无定形催化剂N0.2CC具有优异的催化氨基硼烷(AB)释氢的性能,最大释氢速率为617m L·min-1·gcat-1,2 mmol AB的有效释氢体积为148 m L。并且N0.2CC具有最佳的催化间氯硝基苯(m-CNB)加氢反应的性能,m-CNB的转化率和间氯苯胺(m-CAN)的选择性均可达到100%。此外,该催化剂具有良好的循环稳定性,可连续循环使用5次以上。(2)通过上述方法制备了系列氧化铜/二氧化钛复合纳米催化剂,并考察了其催化AB水解产氢及串联催化硝基芳香化合物加氢的反应性。结果表明:负载在超薄二氧化钛纳米片上的氧化铜纳米催化剂(Cu0.5Ti0.5)具有一般的催化氨基硼烷(AB)释氢的性能,最大释氢速率为195 m L·min-1·gcat-1,2 mmol AB的有效释氢体积为117 m L。但Cu0.5Ti0.5催化剂在温和的反应条件下具有出色的催化间氯硝基苯(m-CNB)加氢反应的性能,m-CNB的转化率和m-CAN的选择性均可达到100%。并且该催化剂对一些列不同卤素取代基的卤代硝基苯同样具有优异的催化加氢性能。(3)考察了系列磁性铁酸铜纳米催化剂(CuxFe3-xO4)催化AB释氢及对m-CNB串联加氢的活性。通过对该系列磁性纳米催化剂的表征和产氢、加氢性能结果表明:Cu0.5Fe2.5O4催化剂具有中等的催化氨基硼烷(AB)释氢的性能,最大释氢速率为375 m L·min-1·gcat-1,2mmol AB的有效释氢体积为138 m L。Cu0.5Fe2.5O4催化剂在常温常压下也具有最优异的催化m-CNB加氢反应的性能,m-CNB的转化率和m-CAN的选择性均可达到100%。此外,Cu0.5Fe2.5O4催化剂还兼具优异的化学稳定性和磁学性质,这有助于其循环回收使用,并且可连续循环使用6次以上。
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