钯纳米催化剂的制备及催化性能研究

摘要

本文以聚苯乙烯-丙烯腈(P(S-AN))为载体，合成了负载型加氢催化剂，再利用电纺丝技术对高分子负载PdCl2催化剂进行纳米化，制备负载型纳米催化剂，并对所制备的催化剂进行了TEM、SEM、XPS、IR等表征。实验还研究了不同外界条件下制备的催化剂对1-辛烯催化加氢的效果，测试表明：

关键词：纳米催化剂，负载催化剂，静电纺丝，氢化

Abstract

A series of hydrogenation catalysts supported by polystyrene-acrylonitrile, polyvinylpyrrolidone and Al2O3 were synthesized, then the supported nano-catalyst was prepared by means of the nano-treatment of polymer-supported PdCl2catalyst using elestrospinning. The catalysts were characterized by IR , UV , SEM , XPS and TG.. In the paper, the dependence of the diameter of nanofiber with voltage , receiving range , solvent concentration was also investigated respectively. The catalystic hydrogenation results of 1-hexene showed that the hydrogenation rate of P(S-AN)/PdCl2 nano-catalyst based on electrospinning was 4.7 times of the Al2O3/PdCl2catalyst(PdCl2mass percentage is 9.4%).

Keywords：nano-catalyst, polymer supported catalyst, electrospinning, hydrogenation,

目录

第一章前言 (1)

1.1 负载型金属催化剂简述 (1)

1.2 负载Pd金属催化剂的现状 (1)

1.2.1 常见负载Pd金属催化剂的制备方法 (1)

1.2.2 不同载体对催化剂性能的影响 (4)

1.2.3 负载Pd金属催化剂的应用 (4)

1.2.4 负载Pd金属催化剂的发展 (5)

1.3 高分子负载Pd纳米催化剂 (6)

1.3.1 纳米催化剂 (6)

1.3.2 高分子/Pd纳米催化剂的制备 (6)

1.4 静电纺丝 (7)

1.4.1静电纺丝的优点 (7)

1.4.2 静电纺丝过程中的影响因素 (8)

1.4.3 静电纺丝法制备负载型纳米催化剂 (8)

1.5 本课题的目的及意义 (9)

第二章实验部分 (10)

2.1 实验材料与方法 (10)

2.1.1 实验仪器设备 (10)

2.1.2 实验药品 (11)

2.2 实验方法步骤 (11)

2.2.1 催化剂的合成 (12)

2.2.2 催化氢化 (14)

2.2.3 催化剂表征 (15)

第三章结果与讨论 (16)

3.1 催化剂的制备 (16)

3.1.1 负载金属催化剂的合成 (16)

3.1.2 静电纺丝制备纳米催化剂 (17)

3.2 催化剂的表征 (21)

3.2.1 催化剂结构分析 (21)

3.2.2 催化剂表面组成分析 (23)

3.2.3 催化剂热稳定性分析 (23)

3.3 催化氢化 (25)

3.3.1 不同催化剂的氢化结果 (25)

3.3.2 纤维直径对催化氢化的影响 (26)

3.3.3 催化剂的使用寿命 (27)

3.3.4 催化剂E的结果与讨论 (28)

第四章结论 (30)

参考文献 (31)

致谢 (33)

第一章前言

1.1 负载型金属催化剂简述

负载型金属催化剂以载体作为支撑平台，将具有催化活性的金属尽可能均匀地分散于载体表面。这种催化剂有很多优点，金属多半能以微小晶体的形式，高度分散在载体的整个表面，从而产生较大的活性表面。分散于载体中的金属粒子愈小，暴露于表面的金属原子所占的比例愈大，愈有利于金属粒子与反应物的接触，从而提高了催化剂中金属活性组分的利用率[1]。

负载型金属催化剂的载体有Al2O3、活性炭、硅胶、硅藻土、高分子等。载体在催化反应中一般有以下几方面作用[2]：(1)增大有效表面积和提供合适的孔结构；

(2)提高催化剂的机械强度，包括耐磨性、硬度、抗压强度和耐冲击性等；(3)提高催化剂的热稳定性；(4)提供催化反应的活性中心；(5)与活性组分作用形成新的化合物；(6)增加催化剂的抗毒性能，降低对毒物的敏感性；(7)节省活性组分用量，降低成本。

1.2 负载Pd金属催化剂的现状

负载金属催化剂在催化方面的优异性能得到了人们的广大关注，其在有机合成及工业上有重要的意义，国内外已有大量的研究工作。对催化剂载体的研究已经从最初使用载体的目的是为了节约贵金属材料(如铂、钯等)和提高催化剂的机械强度，到后来研究发现使用不同载体催化剂的活性会产生差异，提高催化性能的转变。1.2.1 常见负载Pd金属催化剂的制备方法

1．金属蒸气法[3]

溶剂化金属原子是在Knotes-927500静止式金属原子反应器中制备。首先称取一定量的纯金属，放入坩埚中，将坩埚固定在两电极之间，装上反应瓶，体系抽真空至0.13Pa以下，用液氮将反应瓶冷却至-195℃，引入一定量的甲苯覆盖反应瓶内壁，然后逐渐加大电流，使金属蒸发，在金属蒸发过程中不断引入甲苯。甲苯与金属凝聚于反应瓶壁上，凝聚结束后，继续升温，其间形成的凝聚物融化并落入反应瓶底，用真空先把所得到金属原子溶液转移到活性炭(或Al2O3等)载体上，搅拌浸渍，然后慢慢升温，真空下清除甲苯，得固体粉末金属Pd催化剂。这种方法可用