稀土摻雜Mg-Fe-NO3-LDHs的制備、表征及其催化性能.pdf

1、水滑石(LDHs)是由層板金屬陽離子和層間客體陰離子組成的一種陰離子型層狀化合物,具有層間陰離子交換性和層板陽離子組成的可變性,二者協(xié)同作用可構(gòu)筑一系列特性各異的功能材料。因此,在工業(yè)催化、污水處理、食品醫(yī)藥、光電磁學(xué)和軍工材料等諸多領(lǐng)域凸顯出廣闊的應(yīng)用前景。
　　LDHs屬于固體堿催化劑,催化活性高、可再生、造價(jià)低廉,能用于烯烴氧化聚合和醇醛縮合,近年來備受研究者青睞。目前,關(guān)于 LDHs催化的研究較多地集中于含 Cu2+的二元

2、或三元 LDHs。稀土元素由于具有未充滿電子的4f軌道,能夠直接用作催化劑,亦可用作助催化劑,起到協(xié)同催化的效果,特別是在抗老化和抗中毒方面有顯著效果。因而,將LDHs與稀土元素結(jié)合開發(fā)新型稀土雜化LDHs材料,已逐漸成為催化劑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文采用微波機(jī)械攪拌共沉淀法合成了 Mg/Fe-NO3-LDHs,最佳工藝條件為:nMg:nFe=3:1,反應(yīng)溫度70℃,pH9~10,微波攪拌10min,晶化時(shí)間6min。獲得層板元

3、素不同的 Mg/Al-LDHs、Mg/Al/Fe-LDHs及 Mg/Al/Cu-LDHs,并將 Y3+、La3+分別摻雜于Mg/Fe-NO3-LDHs,制備出一系列Mg/Fe(Y)-LDHs、Mg/Fe(La)-LDHs,經(jīng)XRD和FT-IR表征均具有水滑石層狀結(jié)構(gòu)。
　　將Mg/Al-LDHs、Mg/Al/Fe-LDHs、Mg/Al/Cu-LDHs及其焙燒產(chǎn)物L(fēng)DO用于雙氧水氧化苯酚的反應(yīng),以評(píng)價(jià)其催化活性與效果。通過對(duì)苯酚羥基

4、化工藝條件的優(yōu)化(催化劑用量、苯酚初始濃度、反應(yīng)溫度、雙氧水用量及滴加方式等),確定最佳工藝條件為:4.0120g苯酚,m催化劑/m苯酚=1.0％,30mL去離子水,65℃恒溫水浴回流攪拌,15mL H2O2(30%)5次滴加,間隔5min。結(jié)果表明,Mg/Al-LDHs無催化活性,而Mg/Fe-LDHs、Mg/Al/Fe-LDHs和Mg/Al/Cu-LDHs及其焙燒產(chǎn)物均顯示出較好的催化效果,尤以Mg/Fe-LDO最佳。
　　將

5、一系列Mg/Fe(Y)-LDO、Mg/Fe(La)-LDO用于雙氧水氧化苯酚的反應(yīng),篩選出催化性能最好的兩種催化劑。當(dāng) Y3+摻雜量為1.6%(W/W)時(shí),苯酚轉(zhuǎn)化率達(dá)75.5%,目標(biāo)產(chǎn)物苯二酚總選擇性達(dá)到95.5%,鄰、對(duì)位比為1.0;而La3+摻雜量為0.6%(W/W)時(shí),苯酚轉(zhuǎn)化率達(dá)77.8%,目標(biāo)產(chǎn)物苯二酚總選擇性達(dá)到95.8%,鄰、對(duì)位比為1.0,且回收重復(fù)使用,均表現(xiàn)出良好的再生性能。對(duì)催化劑進(jìn)行 XRD、FT-IR、SEM

6、、BET、TG-DTA等表征,結(jié)果顯示,Y3+、La3+的摻雜改變了層板羥基與金屬離子的相互作用,增大了LDHs的比表面積,形成孔徑分布均勻的介孔材料。
　　探討了苯酚羥基化反應(yīng)的機(jī)理,表明雙氧水氧化苯酚制備苯二酚屬于自由基反應(yīng), Mg/Fe-LDHs中的HO-Fe3+-OH被還原為過渡態(tài)的HO-Fe2+-OH,與雙氧水組成Fenton試劑催化羥基取代反應(yīng)。其焙燒產(chǎn)物 MgFe2O4具有尖晶石結(jié)構(gòu),與雙氧水反應(yīng)得到還原性更強(qiáng)的氧缺