纳米金催化剂的制备并应用于葡萄糖催化氧化反应

摘要

葡萄糖酸钠是一种重要的化工产品,广泛应用于食品、医药和化工等领域,合成的途径主要为:生物发酵法、电化学和催化氧化法。和前两者相比较,催化氧化法以其经济性、环保性及便于大规模生产等优势备受关注,但传统的重金属(铋或铅)改性的Pd/C催化剂在催化效率和生理毒性等方面均存在一定的问题,因此研发高效、无毒或低毒性的新型催化剂对于大规模生产高品质的葡萄糖酸盐具有十分重要的意义。
　　近年来,新型介孔材料的合成和纳米金催化剂的研究十分活跃。已有的结果表明,在分子氧参与的诸多催化氧化反应中,高度分散的纳米金粒子均显示出优良的的催化活性。鉴于反应体系的相似性,本论文的工作重点是:以不同材质的介孔材料为载体,制备出系列负载型纳米金催化剂,通过活性评价并关联表征结果建立载体的材质、结构及金属的分散度、落位等与反应物的转化率、产物的选择性之间的对应关系,探讨载体的类型、物性特征及纳米金的分布、粒径大小对催化剂反应性能的影响。研究内容及进展如下:
　　1.SBA-15介孔材料和Au/SBA-15的制备,以TEOS为硅源,P123为模板剂,合成了SBA-15分子筛。利用化学还原法制备了不同粒径的纳米金颗粒。表征结果表明:合成的SBA-15具有狭窄的孔径分布(平均孔径为6.62nm),较大的比表面积(633.3m2/g)和孔体积(1.178cc/g)。用Scherrer公式对Au/SBA-15的XRD金属的特征衍射峰估算了金属Au粒径;TEM观察到Au粒子在SBA-15表面分布均匀、粒径较小、分散度良好。XPS分析表明催化剂中起活性作用的是单质态的Au。葡萄糖催化氧化活性测试反应表明,柠檬酸钠作为保护剂,硼氢化钾还原的0.3g的2％的Au/SBA-15在4h内葡萄糖的转化率达到87.5%。
　　2.γ-A12O3介孔材料和Au/γ-A12O3的制备:以勃姆石为铝源,葡萄糖为模板剂,合成了γ-A12O3分子筛。相应的XRD、SEM表征表明合成的介孔γ-A12O3结晶度较好,出现了γ-Al2O3的特征衍射峰,孔径主要集中在5.45nm附近,分布较窄,比表面积为417.1m2/g,孔体积为0.568cc/g。利用沉积沉淀法制备了一系列的催化剂,通过葡萄糖催化氧化反应探讨了沉淀剂,保护剂,还原剂对催化剂的催化性能的影响。结果表明,以碳酸铵为沉淀剂,硼氢化钾还原的催化剂性能最佳,0.1g的负载量为1%的Au/γ-A12O3在4h内对葡萄糖的转化率达到98%以上。
　　3.Al-SBA-15介孔材料和Au/Al-SBA-15的制备:以九水合硝酸铝为铝源,对SBA-15进行了表面改性,制备了一系列不同硅铝比的Al-SBA-15分子筛,SEM,XRD测试结果表明:合成的Al-SBA-15保持了SBA-15本来的形貌特征,介孔孔结构。采用沉积沉淀法制备了Au/Al-SBA-15催化剂,葡萄糖催化氧化活性测试结果表明,0.3g的2%的Au/SBA-15在4h内葡萄糖的转化率达到95%。

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第一章 文献综述

1.1金系催化剂

1.2 催化葡萄糖氧化制备葡萄糖酸的方法研究

1.3 本论文工作的提出及内容

第二章 实验部分

2.1 化学试剂及实验仪器

2.2 表征方法

2.3 催化剂的活性评价

第三章 Au/SBA-15的制备及催化葡萄糖氧化的反应研究

3.1 概述

3.2 实验部分

3.3 SBA-15和催化剂的表征

3.4 结果与讨论

第四章 Au/γ-Al2O3催化剂的制备及其催化葡萄糖氧化性能的研究

4.1 引言

4.2 催化剂的制备

4.3 催化剂的表征

4.4 催化剂对葡萄糖催化氧化性能的研究

4.5 本章小结

第五章 Au/Al-SBA-15催化剂的制备及其对葡萄糖的催化氧化反应的研究

5.1 Au/Al-SBA-15的制备

5.2 催化剂的活性评价

5.3 催化剂的表征

5.4 催化剂的催化活性评价

5.5结论

第六章 论文总结

6.1 介孔材料的制备及表征

6.2 催化剂的制备及表征

6.3 葡萄糖催化氧化反应

参考文献

致谢