毕业论文(设计)镍基催化剂的制备及其对糠醛选择性加氢反应的催化性能研究.pdfVIP

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摘要

镁基催化剂的制备及其对

糠醛选择性加氢反应的催化性能研究

摘要

随着人类社会的快速发展,环境问题日益突出,可再生生物质资源的

开发和利用已引起了广泛关注,其中对木质纤维素的研究发展尤为迅速。

糠醛作为木质纤维素经过水解得到的重要生物质平台化合物,其转化产物

在石油化工、环境能源等多个领域具有重要应用。糠醛经过选择性加氢反

应可以得到2-甲基吠喃、糠醇等多种高附加值产物,目前对该反应的研究

难点在于如何提高目标产物的选择性。相较于贵金属催化剂高昂的成本,

银基催化剂因其廉价易得且优异的催化加氢活性而备受关注。目前,银基

催化剂对于糠醛中的碳氧双键和碳碳双键均表现出较强的加氢还原能力,

但是定向加氢获得目标产物,仍存在如下问题和不足:(1)难以调变和

控制银基催化剂颗粒的粒径尺寸用来保证活性结构的均一性,从而提升催

化选择性;(2)缺乏对于银基催化剂活性位结构的认识和构效关系的揭

示,从而限制了高性能催化剂的设计与制备。

针对上述关键问题,本论文基于层状双金属氢氧化物(LDHs)结构

和组成的丰富可调性,通过调控LDHs前体层板厚度以及结构拓扑转变过

程,实现了对催化剂粒径尺寸的精细调控,获得了一类用于糠醛选择性加

氢反应的高效催化剂。通过电子显微、X射线以及红外光谱表征技术,研

究了催化剂活性位结构与反应性能的构效关系,揭示了糠醛选择性催化加

万方数据

北京化工大学硕士学位论文

氢的反应机理O本论文工作提出了一种用于调控银基催化剂粒径尺寸的新

策略,为高效加氢催化剂的设计、制备及催化性能调控提供了新思路,做

了有益的实践探索。

本论文的主要研究内容如下:

1、具有特定粒径尺寸的银基催化剂及其对糠醛选择性加氢反应的性

能研究

采用水溶性有机溶剂处理法(AMOST)对NiMgALLDHs进行剥层,

通过调控剥层时间得到一系列不同厚度的前体材料(记为NiMgAl-LDHs-

K,=0,1,4,8h),AFM表征确认了层板厚度依次为28.7nm、18.2

nm、9.6nm5.1nmo经过调变结构拓扑转变过程,制备了四种负载型

银基催化剂(记为Ni/MMO%,=0,1,4,8h),XRD和TEM表征数

据证实了Ni金属粒径的均一性,尺寸大小依次为12.8nm、10.1nm7.1nm

和4.5nm。数据拟合分析表明NiMgALLDHs4层板厚度与Ni/MMO-Z的Ni

粒径尺寸呈现出线性正相关(R2=0.97)。在糠醛选择性加氢反应中,四

种催化剂均具有100%的糠醛的转化率,其中,Ni/MMO-O(12.8nm)和

Ni/MMO-8(4.5nm)样品分别对2-甲基吠喃和糠醇表现出最高的收率

(85.3%和89.1%)o另外,Ni/MMO-O和Ni/MMO-8在经历5次催化循环

后,依然保持了稳定的催化活性和选择性。

2、Ni/MMO催化糠醛选择性加氢反应的构-效关系研究

基于上一部分的工作内容,通过多种表征技术,研究了金属颗粒尺寸

效应对选择性加氢反应的性能影响,并进一步揭示了催化反应机理。结

合XPS、CO-DRIFT和XAFS实验表征,证实了随着Ni粒径尺寸的减小,

万方数据

摘要

Ni。的比例降低,而Nn的比例升高。催化性能时间曲线显示了四种样品

对糠醛选择性加氢反应的催化过程为先通过C=O加氢生成糠醇,再由C-

0H断裂生成2-甲基吠喃。采用原位红外光谱探究反应物吸附构型以及反

应中间物种,研究发现小粒径Ni样品上(Ni/MMO-8),糠醛分子以可(0)

的吸附方式吸附在界面Ni+位

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