具有介孔结构的Ni/SiO2催化剂的制备及其催化加氢性能研究

摘要

近些年来，微纳尺度中空材料由于具有比表面积高以及密度低等特点，同时其内部中空，可以包容其他的客体分子以及颗粒，在催化、功能填料、气体传感、水处理等领域表现出诱人的应用前景。镍是一种过渡期的金属元素，在催化方面具有成本低、催化活性高等特点，广泛的应用于各种加氢反应中，但是目前常用Raney Ni催化剂在制备过程中会造成各种污染。因此，制备活性高、环境友好及成本低的镍基催化剂具有十分重要的实际意义和理论意义。
　　本论文的研究成果主要包括以下几个方面:
　　1.通过液相还原法制备出具有介孔结构的Ni/SiO2微球
　　在180℃下，以乙酸镍为镍源，二氧化硅为模板，通过牺牲模板/界面反应法，制备出了具有介孔结构的碱式硅酸镍微球。在高压釜中，以水合肼为还原剂，采用液相还原法对其进行还原制备出了具有介孔结构的Ni/SiO2微球。研究了还原时间、还原温度、水合肼的用量对还原过程的影响，确定了碱式硅酸镍液相还原的适宜条件。最终在120℃，碱式硅酸镍和水合肼的质量比为1∶227，反应6h的条件下对碱式硅酸镍进行液相还原。还原后的产物的比表面积、孔容、孔径分别为158.39 m2/g、0.38 cm3/g和9.60 nm。
　　2.具有介孔结构的Ni/SiO2催化剂的催化性能的研究
　　将制备的具有介孔结构的Ni/SiO2催化剂用于催化硝基苯的液相加氢制备苯胺的反应，考察了Ni/SiO2的催化加氢性能，如硝基苯的转化率和苯胺的选择性。通过研究反应压力、反应温度、反应时间以及催化剂的结构等对硝基苯液相加氢过程的影响，确定了硝基苯液相加氢制备苯胺的适宜的反应条件。实验结果表明:介孔Ni/SiO2催化剂不仅对硝基苯的转化表现出了很好的催化活性，而且对苯胺也表现出非常高的选择性。反应条件为100℃、3 MPa、6h时，硝基苯的转化率达97％，苯胺的选择性为99％。

目录

摘要

1．文献综述

1．1 前言

1．2 介孔材料

1．2．1 介孔材料的概念

1．2．2 介孔材料的分类

1．2．3 介孔材料的制备

1．2．4 介孔材料的改性

1．2．5 介孔材料的应用

1．3 介孔材料的合成机理

1．3．1 液晶模板机理

1．3．2 电荷匹配机理

1．3．3 静电作用模型

1．3．4 棒状自组装模型

1．3．5 层状折皱模

1．4 模板法

1．4．1 阳离子表面活性剂

1．4．2 阴离子表面活性剂

1．4．3 非离子表面活性剂

1．4．4 混合表面活性剂

1．4．5 非表面活性剂

1．5 镍以及镍催化剂的制备和应用

1．6 硝基苯催化加氢制备苯胺

1．6．1 硝基苯和苯胺的简介

1．6．2 硝基苯催化加氢制备苯胺的方法

1．7 选题的目的与意义

2．具有介孔结构的碱式硅酸镍的调控合成及表征

2．1 引言

2．2 实验所用试剂和仪器

2．3 碱式硅酸镍／二氧化硅壳核球的制备

2．3．1 二氧化硅球模板的制备

2．3．2 碱式硅酸镍／二氧化硅核壳球的制备

2．3．3 分析测试手段

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 水热法合成的碱式硅酸镍的XRD分析

2．4．2 二氧化硅的SEM分析

2．4．3 碱式硅酸镍的SEM和TEM分析

2．4．4 碱式硅酸镍核壳微球和空心微球的BET分析

2．5 小结

3．液相法制备具有介孔结构的Ni／SiO2催化剂

3．1 引言

3．2 实验所用仪器与试剂

3．3 液相还原法制备Ni／SiO2工艺及表征

3．3．1 液相还原法制备Ni／SiO2的研究

3．3．2 分析测试手段

3．4 结果与讨论

3．4．1 镍／二氧化硅核壳微球以及空心球的制备过程分析

3．4．2 碱式硅酸镍还原前、后产物的XRD分析

3．4．3 水合肼用量对碱式硅酸镍还原结果的影响

3．4．4 碱式硅酸镍还原前与还原后的产物的SEM和TEM分析

3．4．5 还原温度对碱式硅酸镍还原的影响

3．4．6 还原时间对碱式硅酸镍还原的影响

3．4．7 在120℃，6h条件下，水合肼的最佳用量

3．4．8 碱式硅酸镍还原前与还原后产物的BET分析

3．5 小结

4．具有核壳结构的Ni／SiO2催化剂加氢性能研究

4．1 引言

4．2 实验所用试剂和仪器

4．3 具有核壳结构的Ni／SiO2催化剂加氢性能研究

4．3．1 催化加氢性能研究

4．3．2 气相色谱分析

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 硝基苯制备苯胺的原理

4．4．2 不同催化剂的催化活性测试

4．4．3 催化剂对苯胺选择性的影响

4．4．4 反应温度对催化加氢反应的影响

4．4．5 反应压力对催化加氢反应的影响

4．5 小结

结论

今后研究工作的设想

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要成果

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