介孔结构铜锰硅酸盐复合材料的合成及催化性能研究

摘要

纳米复合材料由两相或多相物质混合而成，这种复合材料具有优于单种组分的特殊性能。介孔结构复合材料通常是在一种材料表面包覆其他材料而形成，近年来，介孔结构复合材料在催化、生物医药、药物载体、电池等领域具有潜在的应用价值。过渡金属硅酸盐是一种环境友好型催化剂材料，与一般的硅酸盐催化剂相比，具备介孔结构的过渡金属硅酸盐催化剂能够表现出更好的催化性能。
　　本论文的研究内容及成果主要包括以下几方面：
　　1.水热法制备介孔结构硅酸铜、硅酸锰微球及表征
　　以二氧化硅为模板，分别以乙酸铜为铜源，乙酸锰为锰源，在氨水存在的碱性水热条件下成功合成了形貌规整、分散均匀的碱式硅酸铜和硅酸锰空心微球。并研究了氨水和反应时间对产物形貌和物相的影响。生成的碱式硅酸铜和硅酸锰空心微球比表面积分别为483.29 cm2/g和229.72 cm2/g，碱式硅酸铜空心微球比硅酸锰空心微球具有较大的BET比表面积，两种结构均具有介孔结构。
　　2.介孔结构铜锰硅酸盐复合材料的调控合成及表征
　　采用水热法结合分步模板法，首先以二氧化硅为模板，制备出具有核壳结构的SiO2/MnSiO3核壳微球，然后再以核壳结构的SiO2/MnSiO3微球为模板，乙酸铜为原料，制备出介孔结构铜锰硅酸盐复合材料。研究SiO2/MnSiO3与乙酸铜摩尔比，反应时间等实验条件对产物的形貌影响，并对其其形成过程进行研究。产物的比表面积随锰铜摩尔比增加和反应时间延长而增加，当锰铜比分别为2:1，1:1，1:2时，产物比表面积分别为330.828 m2g-1，450.071 m2g-1，466.244 m2g-1；当反应时间分别为6 h，12 h，24 h时，生成产物的比表面积分别为241.958 m2g-1，347.756 m2g-1，450.071 m2g-1。
　　3. Cu-Mn/SiO2催化剂的加氢性能研究
　　将分步模板法合成的硅酸铜锰复合微球，在550℃，3 h的氢气氛围中还原，得到Cu-Mn/SiO2复合微球。通过正交试验的方法对Cu-Mn/SiO2复合微球催化硝基苯加氢最优实验条件探讨，考虑的实验因素为反应温度（℃）、氢气压力（MPa）、反应时间（h）、硝基苯与催化剂的质量比（s/c）。结合各个实验因素水平对硝基苯转化率和苯胺选择性的影响，确定的最优催化条件为反应温度120℃，反应压力4 MPa，反应时间5 h，硝基苯与催化剂的质量比（s/c）为25。在此实验条件下进行3次试验，得到硝基苯的转化率为87.32％，苯胺的选择性为94.25%，硝基苯的转化率和苯胺的选择性都高于前面所有催化条件，说明此实验条件为本次正交试验范围内硝基苯催化加氢最优实验条件。然后以实验所得最优催化条件研究各催化剂催化性能，实验表明由于双金属间存在的协同效应，双金属催化剂催化活性高于单金属催化活性，当摩尔比1:1，反应24 h时催化剂催化性能最好。

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1 文献综述

1.1 前言

1.2 硅酸盐材料

1.3 锰及锰硅酸盐

1.4 铜及铜硅酸盐

1.5 硝基苯催化加氢制备苯胺

1.6 正交试验设计和分析方法

1.7 选题的目的及意义

2 水热法制备介孔结构硅酸铜、硅酸锰微球及表征

2.1 引言

2.2实验部分

2.3二氧化硅模板球的表征

2.4水热法制备硅酸铜微球

2.5水热法制备硅酸锰微球

2.6 小结

3 介孔结构铜锰硅酸盐复合材料的调控合成及表征

3.1 引言

3.2实验部分

3.3 分步模板法制备铜锰复合硅酸盐及其表征

3.4 小结

4 Cu-Mn/SiO2催化剂的催化性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.3还原后产物形貌结构分析

4.4 利用正交试验法确定Cu-Mn/SiO2催化加氢最优实验条件

4.5 小结

结论

尚需进一步研究的工作

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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