高磁性核壳式催化剂载体的制备

论文摘要

本文针对磁稳定床反应器设计制备了具有高磁性的复合载体,设计磁性复合微粒为核壳式的γ-Fe2O3/SiO2/TiO2结构。磁性复合微粒采用微米级磁性γ-Fe2O3微粒为内核,为复合微粒提供磁性,外层包覆致密SiO2层以隔绝γ-Fe2O3从而消除Fe元素对乙炔选择性加氢反应的不利影响,最外层包覆TiO2层作为担载活性金属Pd的载体,同时,SiO2也可以作为担载活性金属的载体使用。本文采用改进Stober法对γ-Fe2O3进行了SiO2层包覆,之后采用溶胶凝胶法在SiO2层包覆了一层TiO2。采用了XRD对复合微粒的晶型进行了表征,磁性内核为γ-Fe2O3,SiO2层为无定形结构,TiO2为锐钛矿晶型。采用热重差热法确定复合微粒的焙烧温度为450℃,VSM对复合微粒的饱和磁化强度进行了分析,采用浓盐酸处理法对包覆致密度进行了考察,采用了XPS、EDS表征手段对复合微粒表相和体相元素构成进行了分析,采用了BET分析对复合微粒的比表面积和孔径进行了表征。结果表明,实验制备得到了包覆率为92.89%,饱和磁化强度为32.69 emu/g的高磁性γ-Fe2O3/SiO2/TiO2复合微粒,其比表面积为23.584m2/g,孔容为0.038 cm3/g,平均孔径为3.812 nm。研究结果表明,通过控制工艺条件,可以得到具有高饱和磁化强度,高包覆率的γ-Fe2O3/SiO2/TiO2复合微粒,且微粒呈核壳式结构。其磁性和包覆致密度、比表面积和孔径符合目前磁稳定床对催化剂载体的要求。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 乙炔选择性加氢
• 1.1.1 乙炔选择性加氢意义
• 1.1.2 炔烃的来源与危害
• 1.1.3 催化加氢除炔的反应原理
• 1.1.4 乙炔选择加氢的机理
• 1.1.5 乙炔选择性加氢催化剂的选择
• 1.1.6 选择性加氢催化剂的研究进展
• 1.2 磁稳定床在乙炔选择性加氢领域的应用
• 1.2.1 磁稳定床与固定床
• 1.2.2 磁稳定床的应用
• 1.2.3 磁稳定床催化剂研究进展
• 1.3 磁性材料研究概况
• 1.3.1 磁性材料概述
• 1.3.2 铁氧体磁性材料的制备
• 1.3.3 磁性无机纳米微粒的选择与制备
• 1.3.4 铁氧体粒子的表面改性
• 1.4 无机磁性载体的制备
• 2包覆磁性颗粒的方法'>1.4.1 SiO₂包覆磁性颗粒的方法
• 2包覆微粒的方法'>1.4.2 TiO₂包覆微粒的方法
• 1.5 核壳式结构磁性微粒
• 1.5.1 核壳式结构
• 1.5.2 核壳式复合材料研究进展
• 1.6 论文工作的提出
• 第二章 实验药品、仪器及方法
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.1.1 实验药品和试剂
• 2.1.2 实验设备和表征设备
• 2.2 实验部分
• 3O₄的筛选'>2.2.1 微米Fe₃O₄的筛选
• 3O₄进行SiO₂包覆'>2.2.2 溶胶凝胶法对微米Fe₃O₄进行SiO₂包覆
• 2SiO₃酸化法对微米Fe₃O₄进行SiO₂包覆'>2.2.3 Na₂SiO₃酸化法对微米Fe₃O₄进行SiO₂包覆
• 3O₄/SiO₂复合粒子进行TiO₂包覆'>2.2.4 溶胶凝胶法对Fe₃O₄/SiO₂复合粒子进行TiO₂包覆
• 3O₄/SiO₂复合粒子进行TiO₂包覆'>2.2.5 液相沉积法对Fe₃O₄/SiO₂复合粒子进行TiO₂包覆
• 2.2.6 干燥与焙烧
• 2.2.7 酸处理以及包覆率计算
• 2.3 表征手段
• 2.3.1 震动样品磁强计表征（VSM）
• 2.3.2 X 射线衍射表征（XRD）
• 2.3.3 X-ray光电子能谱表征（XPS）
• 2.3.4 热重/差热分析（TG/DTA）
• 2.3.5 比表面积测定（BET）
• 2.3.6 能量色散显微分析（EDS）
• 3O₄/SiO₂复合粒子的形成机理'>2.4 磁性Fe₃O₄/SiO₂复合粒子的形成机理
• 2包覆机理'>2.5 溶胶凝胶法TiO₂包覆机理
• 2包覆机理'>2.6 液相沉积法TiO₂包覆机理
• 2机理'>2.7 表面活性剂模板制备及包覆TiO₂机理
• 2'>2.8 非模板法制备及包覆TiO₂
• 3O₄/SiO₂复合微粒的制备'>第三章 Fe₃O₄/SiO₂复合微粒的制备
• 3.1 焙烧对复合微粒的影响
• 3O₄微粒的影响'>3.1.1 焙烧对Fe₃O₄微粒的影响
• 3.1.2 焙烧温度的确定
• 3.1.3 焙烧样品XRD 分析
• 3.2 包覆方法的确定
• 3.3 对包覆条件的优化
• 3.3.1 温度对包覆效果的影响
• 2包覆对包覆效果的影响'>3.3.2 SiO₂包覆对包覆效果的影响
• 3.3.3 操作方式对包覆效果的影响
• 3.3.4 TEOS 加入量对包覆的影响
• 20₃/SiO₂复合微粒的XRD 分析'>3.4 γ-Fe₂0₃/SiO₂复合微粒的XRD 分析
• 3.5 本章小结
• 20₃/SiO₂/TiO₂复合微粒的制备与表征'>第四章 γ-Fe₂0₃/SiO₂/TiO₂复合微粒的制备与表征
• 3O₄/SiO₂微粒进行TiO₂包覆方法'>4.1 对Fe₃O₄/SiO₂微粒进行TiO₂包覆方法
• 2包覆对饱和磁化强度的影响'>4.2 TiO₂包覆对饱和磁化强度的影响
• 4.3 复合微粒的表征分析
• 4.3.1 实验部分
• 4.3.2 实验结果与表征分析
• 4.4 焙烧对孔分布和孔径的影响
• 4.5 不同前驱体原料量对粒子表面组成的影响
• 4.5.1 铁硅源比对粒子表面组成的影响
• 4.5.2 铁钛源比对粒子表面组成的影响
• 4.6 浓盐酸处理对粒子组成的影响
• 4.6.1 浓盐酸处理对粒子表面组成的影响
• 4.6.2 浓盐酸处理对粒子整体组成的影响
• 4.7 浓盐酸处理对粒子比表面积、孔容和孔径的影响
• 4.8 对制备复合粒子提高一次产量的研究
• 4.8.1 实验方法
• 4.8.2 实验结果比较
• 2包覆的考察'>4.9 CTAB 引导TiO₂包覆的考察
• 4.9.1 实验方法
• 4.9.2 包覆率以及饱和磁化强度考察
• 4.10 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢