石墨烯-双核金属酞菁复合催化剂的制备及催化氧化性能研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:a469689534
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芳香酮是重要的化工原料,工业上生产芳香酮主要是用空气氧化芳烃,但产率较低,因此,研究新型催化剂提高芳香酮醇的产率至关重要。金属酞菁作为催化剂在催化氧化方面表现出优异的性能,可克服贵金属催化氧化成本高的缺点,但其在溶液中容易发生聚集,致使催化活性降低,将酞菁负载在载体上是提高其催化性能的有效方式。石墨烯是一种新型的碳纳米材料,具有化学稳定性高、比表面积大、电子迁移能力强等特点。氧化石墨烯作为石墨烯特殊的衍生物,表面含有丰富的含氧官能团,具有较强的可修饰性,可与金属酞菁共价功能化。双核金属酞菁比单核金属酞菁在催化氧化中有更好的催化性能,但目前尚未见石墨烯-双核酞菁共价链接的文献报道。本文设计合成共价链接的氧化石墨烯-单/双核金属酞菁复合催化剂,并以叔丁基过氧化氢为氧化剂对其进行催化氧化乙苯的研究。本文首先以邻苯二甲酸酐为原料合成了金属酞菁的前驱体4-硝基邻苯二甲腈,以均苯四甲酸酐为原料合成了前驱体均苯四腈,并通过熔点测定、薄层色谱分析、核磁氢谱验证了其结构。采用DBU液相催化法,以自制的4-硝基邻苯二甲腈、均苯四腈为原料合成硝基单核金属(钴、铁、铜)酞菁,硝基双核金属(钴、铁、铜)酞菁。通过红外光谱、紫外可见光谱、质谱、核磁氢谱对其进行了结构表征,并对其金属含量进行了测定。以石墨粉为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,通过红外光谱、XRD等手段表征了其结构。以自制的氧化石墨烯为载体,通过3-巯丙基三甲氧基硅烷偶联剂制备了共价链接的氧化石墨烯-单/双核金属酞菁复合催化剂,采用红外光谱、XRD、XPS、透射电镜、热重等对其进行了表征。不同金属酞菁的负载量是影响复合催化剂催化性能的重要因素,为此进一步制备了质量配比不同的氧化石墨烯-偶联剂金属酞菁复合催化剂,并对这些复合催化剂中的金属含量进行了测定。研究了不同金属的单/双核酞菁催化性能以及不同复合催化剂的催化性能,结果表明:双核酞菁钴的催化活性最高,且氧化石墨烯-双核酞菁钴的催化活性高于其单体双核酞菁钴的催化活性。通过对各种因素的考察,得出了复合催化剂催化氧化乙苯的最佳反应条件。对比不同质量配比的复合催化剂的催化性能可知质量配比为1:4.5时为最佳负载量。在不同链接方式的复合催化剂中,共价链接的氧化石墨烯-双核酞菁钴的催化效果最好。
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