贵金属负载碳纳米管肉桂醛选择性加氢的研究

论文摘要

作为含有C=O和C=C共轭双键的典型α,β-不饱和醛,肉桂醛选择性加氢反应的研究,不仅具有重要的理论意义,而且具有广泛的实用价值,一直是催化领域关注的课题。肉桂醛及其加氢的产物都是重要的香料原料,在精细化学品及制药领域都具有重要的应用价值。鉴于碳纳米管的独特的纳米级管腔结构、较高的表面积、表面能和表面结合能及类石墨的多层管壁等物理和化学性质,以碳纳米管（MWNTs）作为载体或助剂的催化剂体系在许多反应中表现出独特的活性及选择性。尽管碳纳米管负载金属催化剂催化肉桂醛加氢已有一些文献报道,但对于金属与不同管径碳纳米管之间的电子作用缺乏系统的研究。多孔性炭材料如活性炭（AC）、炭气凝胶（CX）和碳纳米纤维（CNF）等,由于它们的微孔及多孔性结构,其预处理过程具有可控性特征,微孔和介孔效应的存在都会影响催化行为,在近几年的基础研究及工业催化领域越来越受到关注。本文选择四种外孔径不同内孔径相近的多壁碳纳米管（MWNTs）及多孔炭材料活性炭（AC）、炭气凝胶（CX）和片状碳纳米纤维（SCNF）骨状碳纳米纤维（BCNF）为载体,采用液相还原法制备了Pt/MWNTs、Pd/MWNTs、Pt/AC、Pt/SCNF、Pt/BCNF和Pt/CX催化剂,研究了其催化肉桂醛选择性加氢的行为。具体工作如下:1.考察了多壁碳纳米管MWNT1（8-15 nm）、MWNT2（10-20 nm）、MWNT3（20-30 nm）和MWNT4（＞50 nm）负载3%Pt催化剂的肉桂醛选择性加氢性能。结果表明,所有催化剂都具有很高的加氢活性,催化剂Pt/MWNT1、Pt/MWNT2和Pt/MWNT3催化肉桂醛（CALD）的C=O键加氢主要产物为肉桂醇（CA）,而催化剂Pt/MWNT4在肉桂醛（CALD）的C=C键上加氢生成氢化肉桂醛（HCALD）。根据MWNTs及催化剂的HRTEM、低温N2吸附、XRD和XPS等表征结果,对于不同催化剂肉桂醛加氢活性和选择性的差异进行了合理的解释。2.考察了以多壁碳纳米管MWNT1（8-15 nm）、MWNT2（10-20 nm）、MWNT3（20-30 nm）和MWNT4（＞50 nm）为载体的Pd基催化剂的肉桂醛选择性加氢性能。结果表明,除了催化剂Pd/MWNT2选择性不明显,主要产物为氢化肉桂醇（PP）之外,其它催化剂Pd/MWNT1、Pd/MWNT3和Pd/MWNT4表现出很高的C=C键加氢选择性,生成产物氢化肉桂醛（HCALD）。根据载体与催化剂的HRTEM、低温N2吸附和XRD等表征,就催化剂的不同催化活性及选择性做了初步的解释。3.考察了载体活性炭（AC）、炭气凝胶（CX）、片状碳纳米纤维（SCNF）和骨状碳纳米纤维（BCNF）的Pt基催化剂的肉桂醛选择性加氢行为。结果显示,在选定的反应条件下,催化剂Pt/AC、Pt/SCNF、Pt/BCNF和Pt/CX的催化加氢活性较低,但是Pt/AC和Pt/CX具有很高的C=C键选择性,而催化剂Pt/SCNF和Pt/BCNF则具有很高的C=O键加氢选择性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 碳纳米管的特性及在催化领域的应用
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 碳纳米管的结构
• 1.1.3 碳纳米管的性能对催化反应的影响
• 1.1.4 碳纳米管在催化领域的应用
• 1.2 负载型催化剂的制备方法
• 1.2.1 碳纳米管的前处理
• 1.2.2 传统的制备方法
• 1.2.3 新兴的直接负载方法
• 1.2.4 借助于内连接剂的Au-CNTs制备方法
• 1.3 肉桂醛选择性加氢的研究进展及意义
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 贵金属催化剂催化肉桂醛选择性加氢的研究
• 1.4 课题的提出及意义
• 第2章 Pt负载碳纳米管肉桂醛选择性加氢的研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 材料与试剂
• 2.2.2 主要仪器
• 2.2.3 载体碳纳米管的前处理
• 2.2.4 贵金属Pt负载碳纳米管制备催化剂
• 2.2.5 催化剂的活性评价
• 2.3 载体和催化剂的表征
• 2.3.1 载体MWNTs和催化剂Pt/MWNTs的微孔结构及表面特性
• 2.3.2 结构特性
• 2.4 肉桂醛加氢反应的结果
• 2.5 讨论
• 2.6 小结
• 第3章 Pd负载碳纳米管肉桂醛选择性加氢的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 材料与试剂
• 3.2.2 主要仪器
• 3.2.3 载体的前处理
• 3.2.4 催化剂Pd/MWNTs的制备
• 3.2.5 催化剂的活性评价
• 3.3 催化剂的表征
• 3.4 催化剂的活性评价结果
• 3.5 讨论
• 3.6 小结
• 第4章 贵金属负载其它炭材料肉桂醛选择性加氢的研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 材料与试剂
• 4.2.2 主要仪器
• 4.2.3 载体的活化和负载
• 4.3 选择性加氢性能的评价
• 4.4 肉桂醛加氢的结果
• 4.5 表征与简要讨论
• 4.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的研究成果