侧柏叶提取液还原制备铂纳米颗粒及肉桂醛加氢铂催化剂的研究

摘要

纳米铂催化剂通常具有较高的催化还原活性，在催化领域的应用非常广泛，目前已发展成为催化领域的研究热点。现有的纳米铂催化剂的制备方法常存在环境污染、原子经济性低等缺点，本研究利用植物还原法制备铂纳米颗粒溶胶及纳米铂催化剂，建立了一种制备铂纳米颗粒和负载型铂催化剂的绿色新方法。以肉桂醛选择性加氢为模型反应，考察了催化剂制备条件和催化反应条件对催化剂活性的影响，进而获得肉桂醛选择性加氢反应的最优工艺条件。利用多种技术手段对催化剂进行充分表征，关联催化剂结构、表面性质和催化性能之间的关系，为工业领域提供了一种绿色制备铂催化剂的可能路径。
　　首先，选取侧柏叶提取液还原氯亚铂酸钠(Na2PtCl4)，通过高分辨透射电镜(HR-TEM)、选区电子衍射(SAED)、能量散射X射线能谱(EDX)、X射线衍射(XRD)等表征手段证明了侧柏叶提取液可还原Pt(Ⅱ)制备铂纳米颗粒;继而通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)测定了侧柏叶提取液对Pt(Ⅱ)的还原率，得出最优反应条件为:反应温度90℃、前驱体Na2PtCl4浓度0.5mM、70％侧柏叶提取液、反应时间25h。在此条件下Pt(Ⅱ)的还原率超过95％，生成的铂纳米颗粒粒径为2.4±0.8nm。结合透射电镜(TEM)表征，发现随着反应温度、前驱体Na2PtCl4浓度、侧柏叶提取液浓度的升高，Pt(Ⅱ)的还原率分别呈现升高、降低及升高的趋势;生成的铂纳米颗粒的粒径分别呈现增大、增大及减小的趋势。傅里叶变换红外(FT-IR)分析表明侧柏叶提取液中对Pt(Ⅱ)起还原和保护作用的成分是还原糖、黄酮、多糖和蛋白质等有机大分子。
　　其次，为开拓侧柏叶提取液还原制备的铂纳米颗粒溶胶在催化领域的应用，使用溶胶负载法将侧柏叶提取液制备的铂纳米颗粒负载到载体上，制备用于肉桂醛选择性加氢反应体系的铂催化剂。优化的催化剂制备条件为:载体TiO2、焙烧温度500℃;优化的催化反应条件为:反应温度60℃、反应压强3MPa、反应时间3.0h、催化剂用量0.3g，在此条件下1.0％负载量的Pt/TiO2对肉桂醛的转化率为73.2％、肉桂醇的选择性为68.8％。
　　再次，为提高催化剂对肉桂醛的转化率，向Pt/TiO2催化剂中加入助剂Co，制备出Co-Pt/TiO2催化剂。通过TEM、XRD、XPS等表征手段对Co-Pt/TiO2催化剂进行了充分表征，结果表明助剂Co的添加没有改变催化剂的物相结构，而且可以防止催化剂在焙烧过程中铂纳米颗粒的团聚。对比Pt/TiO2催化剂，添加1.0wt.％助剂Co的Co-Pt/TiO2催化剂可在维持肉桂醇选择性基本不变的情况下，提高肉桂醛的转化率至88.3％。
　　最后，采用传统等容浸渍方法制备出Pt/TiO2与Co-Pt/TiO2催化剂。通过TEM、XRD、XPS、TG、FT-IR等表征手段对Pt/TiO2与Co-Pt/TiO2催化剂进行表征，结果表明等容浸渍法制备的负载型Pt/TiO2与Co-Pt/TiO2催化剂上铂纳米颗粒的粒径处于2.0～3.5nm范围内，小于侧柏叶提取液制备的Pt/TiO2与Co-Pt/TiO2催化剂上铂纳米颗粒的粒径;并且传统等容浸渍法制备的催化剂上无侧柏叶提取液中的有机大分子的保护。将等容浸渍法制备的Pt/TiO2与Co-Pt/TiO2催化剂用于肉桂醛选择性加氢体系，在反应优化条件下对肉桂醇的选择性明显低于生物法制备的Pt/TiO2与Co-Pt/TiO2催化剂，体现出生物法制备铂催化剂的优势。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 铂纳米材料

1．1．1 化学制备方法

1．1．2 生物还原制备方法

1．1．3 铂纳米材料形貌控制研究进展

1．2 铂催化剂

1．2．1 铂催化剂的制备方法

1．2．2 铂催化剂的应用

1．3 不饱和醛催化加氢

1．3．1 概述

1．3．2 肉桂醛／醇

1．3．3 研究进展

1．4 本论文的目标、内容

1．4．1 目标

1．4．2 内容

第2章 铂纳米颗粒／铂催化剂的制备及表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料及仪器

2．2．2 实验方法

2．2．3 表征方法

2．3 铂纳米颗粒的制备

2．3．1 温度的影响

2．3．2 前驱体浓度的影响

2．3．3 侧柏叶提取液浓度影响

2．4 铂纳米颗粒的表征

2．4．1 SAED和HR-TEM表征

2．4．2 EDX和XRD表征

2．4．3 FT-IR表征

2．5 铂催化剂的表征

2．5．1 TEM表征

2．5．2 XRD表征

2．5．3 XPS表征

2．5．4 BET表征

2．5．5 FT-IR表征

2．5．6 TG表征

2．6 本章小结

第3章 铂催化剂应用于肉桂醛选择性加氢反应

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料及仪器

3．2．2 实验方法

3．2．3 活性评价及催化产物分析

3．2．4 催化剂的表征方法

3．3 溶胶负载法制备铂催化剂的性能考察

3．3．1 载体的影响

3．3．2 焙烧温度对催化剂活性的影响

3．3．3 催化反应条件的影响

3．3．4 铂负载量的影响

3．3．5 助剂Co的影响

3．3．6 催化剂的重复使用性能

3．4 化学浸渍法制备的铂催化剂的表征与催化性能考察

3．4．1 催化剂的表征

3．4．2 催化性能考察

3．5 本章小结

第4章 结论与建议

4．1 结论

4．2 建议

参考文献

在学期间的科研成果

致谢