金属(Ag、Ni、Cu)/氧化物干凝胶的制备及其催化对硝基苯酚制对氨基苯酚的性能研究

摘要

伴随着精细化工产业的快速发展，人类对于对氨基苯酚的需要在增大，对氨基苯酚的合成方式之一是直接催化对硝基苯酚，这一方法因为加氢催化效率高、环境污染小、绿色和可持续的优势得到了广泛的应用。本论文以溶胶-凝胶法制备氧化硅和氧化铝干凝胶，再通过原位煅烧或煅烧还原法得到金属（Ag，Ni，Cu）负载的干凝胶纳米复合材料。旨在考察金属负载型氧化物干凝胶复合材料的合成方法，并探讨其催化对硝基苯酚转化为对氨基苯酚的活性，以求得到催化活性高、选择性好、稳定性高的复合催化材料。主要内容如下：
　　1.使用温和的两步法即溶胶-凝胶以及之后的高温煅烧，通过调控硝酸银和正硅酸四乙酯的比例以及硝酸银与异丙醇铝的比例分别制得了不同质量分数的Ag-SiO2和Ag-Al2O3干凝胶催化剂（2 wt.%，5 wt.%）。表征手段证明Ag纳米粒子成功负载到两种载体的表面，其中比表面积最小的催化剂为5 wt.%Ag-SiO2干凝胶材料（288.417 m2/g）。考察了四种样品催化对硝基苯酚加氢的差异，讨论了Ag基干凝胶的反应机理，构建Langmuir-Hinshelwood(LH)模型计算催化速率，催化活性顺序依次为5 wt.%Ag-SiO2＞5 wt.%Ag-Al2O3＞2 wt.%Ag-SiO2＞2 wt.%Ag-Al2O3，5次循环后，使用5 wt.%Ag-SiO2,和5 wt.%Ag-Al2O3催化对硝基苯酚的转化率分别为86%和81%。
　　2.以相对廉价的无机金属盐NiCl2·6H2O、Ca(NO3)2·4H2O和Al(NO3)3·9H2O为原料，使用温和条件下环氧化物凝胶溶胶-凝胶法以及随后的化学还原法制得Ni纳米粒子以及Ni-Al2O3和 Ni-Ca-Al2O3干凝胶复合材料，考察了其催化对硝基苯酚合成对氨基苯酚的能力，结果表明：Al2O3载体的使用明显减少了纳米镍的团聚现象，Ca元素的加入能够提高镍纳米粒子的分散度、减小镍纳米粒子的尺寸。应用Langmuir-Hinshelwood(LH)模型模拟得到合成速率，催化活性顺序为Ni　　3.按比例将硝酸铜与正硅酸四乙酯混合，采用溶胶-凝胶以及化学还原的方式合成了Cu的质量分数分别为0%,1%,5%,10%,15%的Cu-SiO2干凝胶复合纳米材料,利用多种表征手段对催化剂进行了表征,铜基干凝胶被应用于催化对硝基苯酚，从而对其催化性能进行评价。结果表明通过化学还原法可成功地将Cu2+还原为Cu单质负载在SiO2表面，且10%Cu-SiO2干凝胶纳米复合材料表面的Cu粒子粒径最小、分布最均匀，因而催化活性最高，5个周期后转化率仍然在83%以上。

目录

第一章 绪论

1.2 金属催化剂概述

1.3 干凝胶简介

1.4 选题背景及主要研究内容

第二章 快速合成银基干凝胶并将其应用于催化对硝基苯酚制备对氨基苯酚

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 快速溶胶-凝胶法制备镍基干凝胶催化剂并将其应用于催化对硝基苯酚制备对氨基苯酚

3.2实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 Cu-SiO2干凝胶的制备及其催化对硝基苯酚加氢活性研究

4.2实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 结论/创新点及展望

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要科研成果