可循环Pt催化剂在3-甲基-2-丁烯醛液相催化加氢中的应用

摘要

3-甲基-2-丁烯醛是一种典型的含有C=C和C=O共轭双键的α，β-不饱和醛，其C=O键加氢产物3-甲基-2-丁烯醇在香料合成和农药生产领域有着重要的应用。研发具有高C=O键加氢选择性的催化剂具有重要的理论和实际意义。多壁碳纳米管(MCNT)具有独特的管腔结构、电子特性和良好的吸附性能以及优良的化学和热稳定性，以其作为载体的负载型催化剂在许多催化体系中表现出独特的活性和选择性。
　　本文以MCNT为载体，制备Pt/MCNT催化剂，以XRD、SEM、TEM及ICP等技术对催化剂进行表征，并研究了其上的3-甲基-2-丁烯醛选择性液相催化加氢反应。本文的研究内容主要包括以下三个部分:
　　1)采用甲苯溶剂，氯铂酸作为前驱体，硼氢化钠为还原剂，油胺为保护剂，制备出了Pt纳米颗粒，粒径分布窄，平均粒径为2.5 nm。
　　2)采用多步法将预先制备好的Pt纳米颗粒负载到MCNT上，成功制备出Pt粒子尺寸均一且分布均匀的Pt/MCNT催化剂，探讨了Pt负载量、反应温度、反应压力以及催化剂活化处理等条件对3-甲基-2-丁烯醛选择性催化加氢反应的影响。结果发现制备的催化剂展现出高的活性和高的选择性。转化率接近100％时，对3-甲基-2-丁烯醇的选择性最高可达90％以上。
　　3)为实现催化剂快速从液相反应体系中分离，我们设计合成了Pt/Fe3O4-MCNT磁性催化剂，该催化剂具有良好的超顺磁性质，同时仍表现出良好的3-甲基-2-丁烯醛选择性液相催化加氢反应性能。借助外加磁场的作用，可以快速高效从液相反应体系中分离。循环使用5次后，催化剂依旧表现出良好的活性和选择性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 碳纳米管的性质及在催化化学领域中的应用

1．1．1 前言

1．1．2 碳纳米管的结构组成

1．1．3 碳纳米管的独特性质

1．1．4 碳纳米管对催化反应的影响及其应用

1．2 负载型碳纳米管催化剂的制备方法

1．2．1 传统制备方法

1．2．2 新型的制备方法

1．3 3-甲基-2-丁烯醛选择性催化加氢

1．3．1 概述

1．3．2 α，β-不饱和醛的选择性加氢的影响因素

1．3．3 贵金属催化剂催化3-甲基-2-丁烯醛的研究

1．4 课题的研究目的、意义及内容

1．4．1 课题的研究意义和目的

1．4．2 课题的研究内容

第二章 催化剂的制备、表征及其活性评价

2．1 实验试剂和实验药品

2．2 催化剂的制备

2．2．1 Pt纳米粒子的制备

2．2．2 Pt／MCNT的制备

2．3 催化剂的表征

2．3．1 X射线粉末衍射(XRD)

2．3．2 电子透射显微镜(TEM)和X射线能谱仪(EDS)

2．3．3 分散度测定

2．3．4 氢气程序升温还原(H-TPR)

2．3．5 元素分析仪(ICP-AES)

2．4 催化加氢反应评价

2．4．1 反应条件

2．4．2 样品分析

第三章 Pt／MCNT催化剂上3-甲基-2-丁烯醛选择性催化加氢

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 催化剂的制备

3．2．2 催化剂的表征

3．2．3 催化剂的活性评价

3．3 结果与讨论

3．3．1 Pt纳米颗粒的TEM表征

3．3．2 Pt／MCNT催化剂的TEM表征

3．3．3 Pt／MCNT催化剂的X射线粉末衍射表征

3．3．4 催化剂活化处理对反应的影响

3．3．5 负载量的对反应的影响

3．3．6 反应温度对反应的影响

3．3．7 反应压力对反应的影响

3．4 本章小结

第四章 Pt／Fe3O4-MCNT磁性材料的制备、表征及其在选择性加氢的应用

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 材料和试剂

4．2．2 磁性复合材料Pt／Fe3O4-MCNT的制备

4．3 结果与讨论

4．3．1 XRD表征

4．3．2 TEM表征

4．3．3 磁性测定表征

4．3．4 3-甲基-2-丁烯醛的选择性加氢评价

4．4 本章小结

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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