等离子体还原Pd/AC催化剂在葡萄糖氧化中的应用

论文摘要

碳水化合物的氧化是利用可再生资源的重要方式,其中葡萄糖氧化为葡萄糖酸是一个非常重要的反应。传统的工艺包括生物发酵法、电解氧化法等,而多相催化氧化法因其过程简单、耗时短、污染少而成为目前的研究热点。本文选择Pd/活性炭(AC)催化剂作为研究对象,主要是考虑到钯的活性和选择性相对较好。活性炭与其它常见的载体相比,具有比表面积大、孔隙结构发达、化学惰性、表面官能团丰富、价格低廉等特点。用于葡萄糖氧化的负载金属催化剂多采用化学方法还原,对环境危害较大,容易破坏催化剂的物理结构,且能耗较高,所以开发新的、环保和低成本的绿色还原工艺具有重要意义。本文采用氩辉光放电等离子体还原Pd/AC催化剂,研究了等离子体处理催化剂的独特效果,并将此还原催化剂用于葡萄糖氧化反应。通过物理吸附、XRD、XPS、FTIR、TEM和TPR的表征结果,发现等离子体还原Pd/AC催化剂不会改变活性炭的孔道结构,同时能明显提高其表面含氧官能团的数量;等离子体能将钯的前驱体分解,并进一步将其还原为金属单质;在催化剂的形貌方面,等离子体还原的钯颗粒更小,分散程度高;氢还原的钯颗粒更大,容易产生团聚。此外,等离子体还原还能在催化剂表面形成大量的缺陷位。由此可见,等离子体技术作为一种低温还原负载金属催化剂的方法,能有效地实现结构调整和化学改性,过程安全,易于操作,是一种对环境友好的还原催化剂的方法,在催化剂制备领域具有广阔的应用前景。将等离子体还原的Pd/AC催化剂用于葡萄糖液相氧化反应,发现其在活性上明显高于常规氢还原催化剂,即使投入二次反应,仍能较快地达到反应物的完全转化。另一方面,等离子体还原的Pd/AC催化剂,在选择性上不如常规氢还原催化剂,主要是由于产生了更多的副反应。通过反应机理的探讨,认为表面脱氢反应是整个反应的速率控制步骤。等离子体还原Pd/AC催化剂时,在其表面产生大量的缺陷位,加快了控制步骤的进行,从而提高转化率。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 葡萄糖酸（盐）的生产工艺
• 1.2.1 生物发酵法
• 1.2.2 电解氧化法
• 1.2.3 催化氧化法
• 1.3 等离子体化学及应用
• 1.3.1 等离子体概述
• 1.3.2 等离子体的时空限量
• 1.3.3 等离子体化学进展
• 1.4 论文工作的提出及研究内容
• 1.4.1 催化体系的选择
• 1.4.2 有待研究的问题
• 1.4.3 主要研究内容
• 第二章 等离子体处理Pd/AC催化剂
• 2.1 前言
• 2.2 催化剂的制备及表征
• 2.2.1 催化剂的制备工艺
• 2.2.2 表征手段
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.1 等离子体处理对载体物理结构的影响
• 2.3.2 催化剂的XRD表征
• 2.3.3 催化剂的XPS研究
• 2.3.4 催化剂的FTIR探讨
• 2.3.5 催化剂的TEM观察
• 2.3.6 催化剂的TPR对比
• 2.4 本章小结
• 第三章 葡萄糖液相氧化反应
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料准备和控制条件
• 3.2.2 实验流程和反应装置
• 3.2.3 催化剂的评价方法
• 3.3 结果和讨论
• 3.4 反应机理探究
• 3.5 本章小结
• 第四章 结论及展望
• 4.1 主要结论
• 4.2 工作的创新点
• 4.3 展望
• 参考文献
• 致谢