功能化介孔材料固载光催化剂的合成、表征及其光催化活性研究

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多金属氧酸盐作为催化剂已被广泛的研究,但其作为光催化剂始于20世纪80年代初。由于其优良的光催化性能而被人们作为均相催化剂进行研究,尤其是W10O324-被广泛而深入的研究。自1992年Mobil公司成功的开发出介孔M41S家族以来,介孔材料由于其本身的结构特点——可调变得孔径(2-50nm),高的比表面积,大的孔体积以及长程有序的孔结构,较高的水热稳定性,表面丰富的硅羟基等特点一直是人们研究的重点。近年来,介孔材料作为各种载体的应用研究更是得到了广大科研工作者的关注,尤其是作为催化剂载体成为当前研究的热点。本论文合成了不同有机基团修饰得介孔材料SBA-15负载杂多阴离子(如:W10O324-)的固相催化剂,并考察了该类催化剂对烷烃、烯烃、醇等光催化氧化的催化性能。主要内容如下:1通过嫁接法以三氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对介孔SBA-15的表面进行修饰,再使用离子交换法负载了W10O324-,同时使用相同的方法固载了PW12O<sub>403-,SiW12O<sub>404-做了对比。通过TEM、N2吸附脱附曲线表征表明催化剂W10/AP-SBA(Ⅰ),PW/AP-SBA,SiW/AP-SBA保持了介孔材料SBA-15的典型二维六方结构;UV-vis、FT-IR表明聚钨酸盐在介孔材料表面保持原有结构。我们考察了该催化剂对乙苯光催化氧化制苯乙酮反应的催化性能,并且详细考察了各种因素对催化剂性能的影响,如氧化剂的种类,乙苯浓度,催化剂浓度,溶剂种类等。2采用一步合成法把有机仲铵碱嫁接在SBA-15表面,然后通过离子交换法负载了W10O324-,TEM、N2吸附脱附曲线表征结果表明催化材料W10/AP-SBA(Ⅱ)保持了介孔材料SBA-15的典型二维六方结构;UV-vis、FT-IR表明聚钨酸盐在介孔材料表面保持原有结构。我们在第二章得到得催化剂W10/AP-SBA(Ⅰ)最佳反应条件下考察了该催化剂对烷烃和醇光催化氧化的催化性能。结果表明在相同的条件下该催化剂W10/AP-SBA(Ⅱ)催化性能优于后嫁接法制备的W10/AP-SBA(Ⅰ)。3使用一步合成法把有机仲铵碱(APTES)和异丁基三乙氧基硅烷(IBTES)嫁接在SBA-15表面,然后通过离子交换法负载了W10O324-,TEM、N2吸附脱附曲线实验结果表明W10/AP-C4-SBA(Ⅰ)保持了介孔材料的结构,但已不具备SBA-15的典型二维六方结构;UV-vis、FT-IR表明聚钨酸盐在介孔材料表面保持原有结构。同样,我们在优化的反应条件下考察了该催化剂对乙苯光催化氧化的性能。结果表明在相同的实验条件下该催化剂W10/AP-C4-SBA(Ⅰ)催化性能较未嫁接异丁基的催化剂W10/AP-SBA(Ⅰ)和W10/AP-SBA(Ⅱ)的差。原因可能是由于催化剂W10/AP-C4-SBA表面疏水亲油性能的增加而提高的催化活性未能完全弥补催化剂规则孔道结构的部分丧失而造成的活性损失。4采用嫁接法对介孔SBA-15的表面进行氨丙基和烷基双功能化修饰,再使用离子交换法负载了W10O324-,TEM、N2吸附脱附曲线实验结果证实合成的催化剂W10/AP-Cn-SBA保持了材料的介孔结构,UV-vis、FT-IR结果显示聚钨酸盐在介孔材料表面保持原有结构。我们在同样的优化反应条件下考察了该系列催化剂对乙苯光催化氧化的催化性能。结果表明:在相同的条件下催化剂W10/AP-C8-SBA的催化性能优于无烷基修饰和其它烷基修饰的催化剂。因此,我们还考察了该催化剂对一系列烷烃光催化氧化的催化性能,并取得了较好的结果。
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