锆基负载型双功能催化剂的表面调控及其催化性能研究
近年来，二氧化锆因其良好的生物相容性、高的物理化学稳定性、高温导电性等特性广泛用于生物医学、传感器、半导体和催化等领域。尤其是在催化领域应用时，二氧化锆表面兼具酸性、碱性、氧化性和还原性，同时还是性能优异的半导体材料，使其成为催化剂及催化剂载体的理想选择。传统方法制备的二氧化锆往往比表面积较低、孔道结构不发达，表面酸碱活性中心少，因而极大地限制了其在催化性能中的发挥。生物质资源因组成中含有较高的氮、氧组分，相较于传统的化石能源其利用更为复杂，因而对催化剂的要求更为苛刻。如何设计和制备组成、结构、性质可调的新型高效锆基催化剂对于实现化石资源、生物质资源的高效利用具有重要的理论意义和实用价值。本论文基于课题组已有研究基础采用不同的方法获得锆基氧化物功能材料，并以其为催化剂载体或功能组元构筑新型高效锆基催化剂，考察其在生物质平台分子愈创木酚的加氢脱氧反应，以及苯加氢烷基化反应中的性能，系统研究锆基催化剂组成和性能间的构效关系，具体研究内容如下: 1.采用成核-晶化隔离法和动态水热晶化法相结合的方法可控制备了织构性能可调的高比表面积氧化锆载体材料，实现加氢活性中心Ru和脱氧活性中心Co组分在其表面的高度均匀负载，获得了新型高效RuCo/ZrO2催化剂，考察催化剂的载体晶相结构、织构性能、催化剂的还原温度、活性中心Ru/Co比对愈创木酚加氢脱氧性能的影响。研究结果表明催化剂在温和条件下(200℃、1MPaH2)环己醇的选择性高达91％。 2.该体系采用化学沉淀法制备出无定型的二氧化锆，然后以偏钨酸铵为钨源浸渍在二氧化锆上，通过进一步的焙烧处理得到了钨酸化的二氧化锆，紧接着以其作为载体负载极少量的贵金属钌，在氢气气氛下还原后得到钌负载的钨酸化二氧化锆催化剂。表征结果显示，金属态的Ru通过解离氢分子溢流在WO3表面，使得一部分W6+被还原为W5+，形成了H0.23WO3物种。随着焙烧温度的升高，载体比表面积、孔体积减小，但孔径逐渐增加，实验结果得出合适的处理温度为800℃。W的引入调变了催化剂表面酸性位的强度和类型，其中弱酸和L酸提高了苯的转化率，B酸增加了环己基苯的选择性，在W掺杂量为0.15时得到了最高的环己基苯产率(28.8％)。优化反应条件使得最优催化剂在200℃、2MPa的氢气压力的条件下性能最佳。
二氧化锆;生物质;加氢烷基化;双金属催化剂;表面调控
北京化工大学
硕士
化学
范国利
2021
中文
TQ511
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）