多元复合纳米金基碳纤维催化材料的制备及其性能研究

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:viviane_px349
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环氧苯乙烷和苯甲醛是有机合成中的重要中间体,二者皆被广泛应用于香料、制药、塑料及化妆品等行业中。环氧苯乙烷和苯甲醛的制备过程中,选择性是关键,研究发现,Au基负载型催化剂对该类反应具有较好的选择性,成为人们研究的重点。  基于此,本课题以静电纺丝技术为支撑,获得电纺丝基碳纤维为载体,进一步结合浸渍还原、高温煅烧、溶剂热等多步处理,分别得到Au/CNFs、Au-TiO2/CNFs和Au-CeO2-TiO2/CNFs三类复合催化材料,通过SEM、TEM、XRD、XPS等多种技术对材料进行表征,并将其分别应用于催化苯乙烯、紫外光催化降解有机污染物和催化苯甲醇的选择氧化反应中,以考察复合材料在氧化反应中的催化性能,具体研究工作如下:  (1)将溶有氯金酸的PAN/DMF溶液作为纺丝前驱体,经静电纺丝技术和氢气还原制备了Au/PAN纳米纤维,然后将其经过高温煅烧处理制备得到Au/CNFs复合材料,并对其进行了系列表征。将该复合材料用作催化剂用于催化苯乙烯氧化反应中,以考察其催化性能。实验结果表明,该复合材料对苯乙烯的氧化具有较好的催化活性,且具有较好的循环使用性能。当异丙醇为溶剂,催化剂用量为0.04 g时,82℃下苯乙烯转化率为78%,环氧苯乙烷和苯甲醛的选择性分别为48%和52%。  (2)通过一步溶剂热法,将 TiO2和金纳米粒子同时负载于载体碳纤维上,进一步通过高温煅烧处理,制备了复合材料 Au-TiO2/CNFs。对其进行系列表征之后,将其作为催化剂用于紫外光下催化降解有机污染物的反应中,以考察其催化性能。实验数据表明,金纳米粒子的掺入不同程度地提高了复合材料对有机污染物的催化降解能力,且具有较好的稳定性。  (3)结合静电纺丝、高温煅烧处理、溶剂热和浸渍法制备了多元复合材料Au-CeO2-TiO2/CNFs:以碳纤维为载体,利用溶剂热反应在其表面负载纳米 TiO2,继续通过浸渍法进一步负载Ce3+,将其经过高温煅烧处理后再利用同样的方法负载Au3+,最后将其置于H2氛围中还原,得到复合材料Au-CeO2-TiO2/CNFs。将其分别应用于热催化和光催化条件下的苯甲醇选择氧化反应中,以考察其催化性能。实验数据表明,该材料在两种环境中对苯甲醇的选择氧化均具有一定的催化活性。热催化过程中:120℃, O2压力为0.4 MPa,KOH,醇碱摩尔比为4时,苯甲醇的转化率为50%,其中苯甲醛的选择性>99%;紫外光催化过程中:空气为氧源,常温常压下,苯甲醇的转化率为40%,其中苯甲醛的选择性为27%。因此,该复合材料是一种多元的、新型的、多功能化复合催化剂。  由此可见,Au-CeO2-TiO2/CNFs复合催化剂在热催化和紫外光辐射条件下对苯甲醇的选择氧化均具有一定的催化活性,是一类兼具光热催化性能的复合催化材料,在一定程度上拓展了其应用范围,为该类复合催化材料的开发提供了思路,具有潜在的应用价值。
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