磷酸盐介孔材料的低温固相合成及催化性能研究

摘要

采用低温固相反应，以CTAB为模板剂、CrCl3×6H2O和NaH2PO4×2H2O为无机前驱体物种，在100 ℃温度下合成了磷酸铬介孔材料。首先，将不同P/Cr(摩尔比)的磷酸二氢钠(NaH2PO4×2H2O)与氯化铬(CrCl3×6H2O)充分混合，研磨15～20 min后，加入一定质量的CTAB继续研磨15～20 min。借助于研磨前驱体无机物种过程中所释放出的结晶水，使得物料和模板剂CTAB达到均匀的混合。然后将所得混合物置于100 ℃真空干燥箱中反应24 h，得到磷酸铬介孔材料。分别采用XRD、EDS、HR-TEM、N2-physisorption、TG-DSC、FT-IR和 UV-DR技术对磷酸铬介孔材料的结构性能进行了表征。结果表明，只有当前驱体混合物中P/Cr＞1.8时，才可以得到磷酸铬介孔材料。当P/Cr=2.0时，通过固相合成所得到的样品具有最窄的介孔分布，其比表面积最大(250.78 m2/g)，孔容为0.2069 cm3/g，平均孔径大小约为3.48 nm。以异丙醇脱水为探针反应，考察了磷酸铬介孔材料的催化性能。结果得到，与传统方法合成出来的磷酸铬材料相比，通过固相法合成出来的磷酸铬介孔材料在异丙醇脱水制备丙烯的反应中具有很好的催化活性，当P/Cr合成比为2:1的时候，丙烯的选择性和异丙醇的转化率可以分别高达96.43[％]和93.10[％]。
　　 采用低温固相反应，合成出了其他磷酸盐介孔材料，并采用固定床石英管式反应器对乳酸和甘油选择性脱水反应进行了测试研究，反应在常压和280～360 ℃温度下进行，一定浓度的甘油或者乳酸水溶液经恒流泵打入预热层汽化后再在催化剂床层上发生脱水反应，反应产物经冷凝后流入收集器中，用GC-MS和GC进行定性定量分析。结果得到，通过固相法合成出来的磷酸铝介孔材料，当P/Al=2.0时，乳酸脱水的反应效果最好，转化率达到62.34[％]，丙烯酸的收率则达到25.02[％]。
　　 在合成磷酸盐介孔材料时，加入了Al、Zn、Fe、Cu和La等金属盐为活性组分。得到当为掺杂进去铜离子时(P/Cr/Al/Cu=2:1:1:1)，催化效果最好，甘油的转化率可以达到68.88[％]，而丙烯醛的收率可以达到37.32[％]。