碳纤维锚固LZ-276分子筛基催化剂的制备及性能研究

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunnymurder
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分子筛作为一种固体催化剂,具有比表面积高、孔道规则和孔径可调等优点,被广泛用于工业生产中。但将分子筛应用于气-液-固或液-固相反应中时,常出现晶粒团聚的现象,进而导致微孔孔道的传质差、催化剂循环性能下降等问题。前期的理论研究和实践探索已表明,通过借助模板剂、构建复合分子筛调控其形貌,可以有效的解决上述问题。因此,本论文采用原位生长-水热合成技术制备出系列碳纤维锚固LZ-276分子筛的复合催化剂并研究了其催化性能。具体的工作内容如下:(一)采用静电纺丝-高温煅烧-原位生长-水热合成法制备了碳纤维锚固LZ-276分子筛复合的催化剂LZC(A)。通过SEM、BET和XPS等结构表征手段,确定LZC(A)通过Si–N键实现了锚固LZ-276分子筛生长在碳纤维表面,呈现串珠状形貌且比表面积显著提高。将复合催化剂LZC(A)应用到催化苯乙烯环氧化反应,经反应条件优化后,LZC(A)催化该反应时,苯乙烯的转化率可高达99%,环氧苯乙烷的选择性为67.31%(140oC,9 h),并且该催化剂循环使用4次后催化性能未见明显降低。(二)为拓宽本论文所设计材料的应用范围,以碳纤维锚固分子筛(LZC)材料为载体,采用一锅水热合成法制备了LZC负载金属Pd的复合催化剂Pd LZC-X。通过SEM、XRD和XPS等手段对催化剂的理化性质进行了表征,确定复合催化剂的特殊形貌可有效固定金属Pd纳米颗粒。将其应用于催化Suzuki反应,在80oC反应1 h后,TOF值为863.21 h-1,碘苯的转化率99%,联苯的产率可达95%以上,经过10次循环后产率仍达到90%以上。(三)以碳纤维锚固分子筛材料为载体,利用水热合成法制备了负载Pd-Cu双金属生长在LZC载体上的复合催化剂PCLZC-Y。通过多种物理化学表征,发现核桃串珠的特殊结构不仅可以固定LZ-276分子筛,而且可以实现双金属纳米粒子高度分散,Pd-Cu双金属之间表现出较强的相互作用。将PCLZC用于催化Suzuki反应,在优化后的反应条件下,TOF值高达2206.54 h-1,且经过10次循环后联苯的产率仍达到90%以上,表明过渡金属Cu的引入,有效提高了催化剂的催化活性。综上所述,本论文针对分子筛催化剂在液相反应中晶粒易团聚且循环稳定性较差的问题,设计并成功合成了LZ-276分子筛晶粒锚固于碳纤维上的复合催化剂。该催化剂不仅可用作催化剂催化苯乙烯环氧化反应,而且可以作为一种优异的载体用于分散金属,并且复合催化剂在Suzuki反应中表现出优异的催化活性、底物普适性和循环使用性,为提高分子筛在液相反应中循环使用性提出了一条可行的解决方案。
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