含钒介孔金属氧化物的制备及其在萘选择性氧化反应中的催化性能研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangyqing
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随着石化、煤炭行业的发展,多环芳烃的污染问题越来越严重。萘作为分子最简单的的多环芳烃,具有毒性、致突变性、潜在致癌性,是16种主要污染物之一,往往选择其作为探针分子来探讨多环芳烃的降解。目前,萘的降解方法主要有生物降解法、光催化法、气相氧化法和液相氧化法等,其中,液相氧化法反应条件温和,产物转化率和选择性相对较高,是一种低成本、可靠、绿色的方法,可以将萘氧化为在染料、医药等行业中有具有广阔市场前景的1,4-萘醌。  与硅基材料相比,金属氧化物由于其组分多样性在催化领域应用更为广泛;而介孔金属氧化物较普通金属氧化物具有更高的比表面积和更大的孔径和孔容,在大分子催化领域更有优势,其中钒基金属氧化物在氧化还原反应中已被广泛研究并证明为一种有效的催化体系。本文通过溶剂挥发诱导自组装法(EISA)制备了一系列V掺杂的复合介孔金属氧化物,利用XRD、N2吸附脱附、UV-vis、Py-IR、XPS、SEM和TEM等表征手段研究了催化剂物理化学及结构性质,并应用于萘液相选择性氧化制1,4-萘醌的反应中。主要内容归纳如下:  (1)介孔V-m-Al2O3的制各及其在萘选择性氧化反应中的催化性能研究。通过EISA法制备了有序介孔V-m-Al2O3催化剂,XRD、N2吸附脱附和TEM等表征显示样品存在条纹状介孔孔道、比表面积最大为176 m2·g-1、孔径为4.8~7.0 nm; UV-vis DRS、XPS、Py-IR和SEM等表征显示V主要以5+价态、四配位的形式均匀掺杂在介孔Al2O3载体中,且催化剂的酸中心主要以L酸为主。在抗坏血酸为还原剂的作用下,将催化剂应用于萘液相选择性氧化制1,4-萘醌,考察了反应条件的影响,得到最优的催化效果为:萘的转化率为45.4%,1,4-萘醌的选择性达到27.6%、收率为12.5%。  (2)介孔V-m-TiO2的制备及其在萘选择性氧化反应中的催化性能研究。为了解决以V-m-Al2O3为催化剂时,反应中需要加入抗坏血酸作为还原剂的问题,以过渡金属TiO2为载体,通过AcHE方法制各了不同V掺杂量的V-m-TiO2催化剂。XRD、N2吸附脱附和TEM等表征证明V-m-TiO2催化剂具备均一的孔径、较大的比表面积、呈现蠕虫状的介孔结构;UV-vis DRS、XPS及SEM表征显示,V组分以4十价态、四配位和六配位的形式均匀的掺杂到TiO2载体中。Py-IR结果表明V的掺杂调变了催化剂的酸性质,催化性能有所提高。以介孔10V-m-TiO2样品为催化剂,催化效果最好,在最优反应条件下,萘的转化率为26.1%,1,4-萘醌的选择性为61.3%、收率为16.0%。  (3)介孔V-W-m-TiO2的制备及其在萘选择性氧化反应中的催化性能研究。在对V-m-TiO2催化剂的研究中发现催化剂中的B酸增加有助于提高1,4-萘醌选择性。将典型的B酸金属氧化物WOx掺杂到介孔V-m-TiO2催化剂中,得到介孔V-W-m-TiO2催化剂。XRD、N2吸附脱附和TEM等表征证明V-W-m-TiO2催化剂维持了蠕虫状介孔孔道,少量W的掺杂可以适当增加催化剂比表面积和孔容;通过WXRD、UV-vis DRS和SEM等表征测得W组分以六配位的形式均匀的掺杂到m-TiO2中,最佳的催化效果为:萘的转化率达29.3%,1,4-萘醌的选择性达64.7%、收率18.9%。
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