论文部分内容阅读
近年来，纳米复合材料的许多性能都优于单组分材料，应用非常广泛。纳米复合材料在填料、催化、光学、生物医药、药物载体和多功能涂层材料等方面有着广阔的应用前景。本论文采用牺牲模板法制备了碱式硅酸镍和硅酸锰的核壳微球和中空微球，通过氢气对Ni3Si2O5(OH)4进行还原，制备出Ni/SiO2催化剂，采用SEM、TEM、XRD以及BET等测试手段对制备的样品进行了表征和分析。并将Ni/SiO2催化剂应用在间二硝基苯催化加氢制备间苯二胺的反应中，考察了催化剂结构、反应温度以及反应压力等对催化活性以及选择性的影响。本论文的研究结果如下：1.合成具有介孔结构的Ni/SiO2复合材料中空微球采用牺牲模板/界面反应法，以二氧化硅为模板，乙酸镍为镍源，在180oC水热条件下一步法合成了碱式硅酸镍中空微球。在氢气气氛下，对其进行还原得到介孔结构的Ni/SiO2中空微球。利用BET测试了其介孔结构、比表面积及介孔大小。测试结果表明，还原前Ni3Si2O5(OH)4和还原后Ni/SiO2微球的BET比表面积分别为214.21m2/g和222.81m2/g，孔容分别为0.42cm3/g和0.49cm3/g，介孔大小分别为7.76nm和8.85nm，还原前后其比表面积、孔容积和介孔尺寸略有改变，合成的Ni/SiO2催化剂具有相对比较大的比表面积。2.具有介孔结构的Ni/SiO2催化剂的催化性能研究将制备的具有介孔结构的Ni/SiO2催化剂用于催化间二硝基苯液相加氢制备间苯二胺的反应，考察了Ni/SiO2的催化加氢性能，如间二硝基苯的转化率和间苯二胺的选择性。通过研究催化剂结构、反应温度以及反应压力等对间二硝基苯液相加氢过程的影响，确定了间二硝基苯液相加氢制备间苯二胺的适宜反应条件。实验结果表明，介孔Ni/SiO2催化剂不仅对间二硝基苯的转化表现出了很好的催化活性，而且对间苯二胺也表现出很高的选择性。反应条件为373K、3MPa、4h时，间二硝基苯的转化率达100%，生成间苯二胺的选择性为94%。3.水热法制备出了二氧化硅/硅酸锰核壳微球和硅酸锰空心微球反应温度为180°C，Si/Mn为1:2，水热条件下制备出了具有可控壳层厚度的SiO2/MnSiO3核壳微球和MnSiO3空心微球。改变Si与Mn摩尔比会影响产物的形貌。固定反应物的Si与Mn摩尔比，调节反应时间，可调控SiO2/MnSiO3核壳微球结构内部核的大小与壳的厚度。反应温度不同，随着反应温度的升高，二氧化硅核消失的速率加快，MnSiO3空心微球的生成时间缩短。通过BET测试结果表明，水热反应时间分别为6h和24h的介孔SiO2/MnSiO3核壳微球和介孔MnSiO3空心微球的BET比表面积分别为424.12m2/g和493.98m2/g，孔容分别为0.33cm3/g和0.44cm3/g，介孔大小分别为3.03nm和3.44nm。合成的介孔SiO2/MnSiO3核壳微球和介孔MnSiO3空心微球具有相对比较大的比表面积。采用H2作为还原剂，对MnSiO3进行还原，得到的产物为氧化锰，经过H2还原后，产物在干燥过程中会被空气中的氧气氧化。