多孔分子筛封装Pd直接合成过氧化氢的孔道尺寸效应

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过氧化氢作为清洁高效的氧化剂在精细化工品合成、污水净化以及医疗防护方面应用广泛。农药合成中氧化反应步骤中使用的氧化剂都有望被清洁的过氧化氢所替代。同时过氧化氢还能够将废水中的有机磷类、菊酯类农药降解为小分子无害物质。传统高能耗、高污染的蒽醌法越来越不适宜当今社会发展需要。由氢气和氧气直接合成过氧化氢的方法因其简单、无污染备受关注,同时金属催化法因反应器结构简单、催化剂材料选择广泛,有望成为取代工业蒽醌法实现绿色生产过氧化氢的最佳途径。本文通过巯基辅助的干凝胶法限域封装亚纳米Pd粒子,并通过连续热处理实现对Pd粒子价态的调控。同时通过添加不同的模板剂改变合成出的TS-1的孔径大小,探究多孔材料孔径大小对直接合成过氧化氢的影响。其次,探究金属-有机骨架材料(MOFs)作为载体在过氧化氢合成中的潜在应用。本文主要结论与成果:(1)封装型催化剂纳米粒子的抗烧结能力表现突出,经高温热处理后粒径变化从1.67 nm→1.79 nm→1.83 nm,仅有微小的增长,平均粒径小于2 nm。(2)在原位生成过氧化氢的反应中,封装型Pd@HTS-1催化剂性能优异。经过氧化还原再氧化处理后过氧化氢的产率达到35705 mmol·g Pd-1·h-1。同时在苯甲醇的原位氧化反应中,Pd@HTS-1催化剂上苯甲醛的生成速率可达4268.8 mmol·h-1kg-1cat,是负载型Pd/HTS-1催化剂(708.4 mmol·h-1kg-1cat)的6倍。(3)不同孔径的HTS-1对过氧化氢的合成影响不同,随着孔径的增加(2.2 nm→3.5 nm→5.8 nm→7.2 nm→8.3 nm→12.3 nm),合成过氧化氢的产率先增长后降低。8 nm左右孔径的催化剂表现出过氧化氢合成最佳的性能。(4)MOFs材料有着大的比表面积且在气体吸附方面表现优异。尽管其有机结构的配体对氧化剂敏感不耐受,但实验结果表明MOFs在低温(≤30?C)下高浓度(30 wt%)过氧化氢中结构良好。在原位合成过氧化氢和低温氧化反应中具有潜在的应用价值。
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