论文部分内容阅读
催化氧化反应是合成含氧有机物的一种重要方法，在实际的工业生产中得到了广泛的应用。由于均相催化剂在分离、重复使用和工业应用中存在一定的局限性，本论文重点研究了碳氮材料包覆的钴催化剂的制备以及在氧气条件下，催化醇的氧化酯化反应和2，3，6-三甲基苯酚(TMP)的氧化反应的应用性能。 首先，由乙酸钴与离子液体1，3-双（氰甲基）咪唑氯化物在惰性气体下与活性炭煅烧得到碳氮材料包覆的钴催化剂Co@NC。通过氮气吸附脱附、红外分析(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热重(TG)、原子发射光谱(ICP-OES)等手段分析了该催化剂的物理化学结构与性能。BET分析发现，3.0wt％ Co@NC-800-2催化剂比表面积较原活性炭下降较大，由2230 m2/g下降为1421 m2/g，应为氮掺杂碳材料与Co的负载阻塞部分表面造成。 FT-IR分析表明催化剂Co@NC-800-2中存在C-N键和C=N双键，显示N元素掺杂进入催化剂材料体系。XRD分析表明，Co@NC-800-2催化剂中钴是2价和3价态的氧化钴。TG分析显示催化剂具有较高热稳定性。ICP-OES的结果表明催化剂中钴含量的实际值与钴在理论上负载量是接近的，可以认为钴很好的固载于载体上。 以Co@NC为催化剂，苯甲醇在甲醇溶液中的氧化酯化生成苯甲酸甲酯为模板反应，考察了温度、碱、时间、催化剂用量等对该反应的影响。确定最佳反应条件为:苯甲醇，0.5 mmol;催化剂，Co@NC(钴的催化用量3.0mol％);溶剂，甲醇，4.0 mL;反应温度，60度;反应时间，24h。苯甲酸甲酯的收率达到99％。在该优化反应条件下，使用Co@NC催化剂测试了含有多种不同官能团（甲基、甲氧基、硝基、卤素等）的苯甲醇的氧化甲酯化反应，并进一步考察了Co@NC催化剂的回收使用情况，在回收五次后反应产物的收率没有明显的下降。 使用Co@NC催化剂，研究了催化氧气氧化2，3，6-三甲基苯酚制备2，3，5-三甲基苯醌(TMBQ)。考察了溶剂、温度、时间、氧气压力等对反应条件的影响，确定了最佳的反应条件为:2，3，6-三甲基苯酚，1.0 mmol;催化剂，3.0wt％Co@NC-800-2（钴的催化用量3.0mol％）;溶剂，二氯甲烷，2.0 mL;反应温度，室温;氧气压力，1.0MPa;反应时间，15h。在此最优反应条件下，2，3，5-三甲基苯醌的收率达为94％。在优化的条件下，进一步测试了Co@NC催化剂的回收使用情况，催化剂Co@NC可重复使用三次，催化剂依然具有很好的活性。