氣-液界面活性納米粒子制備及催化應(yīng)用研究.pdf

1、氣、液、固三相催化反應(yīng)體系在實(shí)驗(yàn)室合成及工業(yè)生產(chǎn)中均具有較多的應(yīng)用。傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)是在有機(jī)溶劑中進(jìn)行的，由于有機(jī)溶劑的加入對(duì)人體和環(huán)境會(huì)造成危害，且與綠色化學(xué)的要求不相符，因此，水作為一種綠色無污染的溶劑受到研究者的青睞。但是，由于氣體在水中的溶解度較低，使得催化反應(yīng)速率受到限制。因此，尋找一種有效的催化反應(yīng)模式來加快反應(yīng)速率、提高反應(yīng)產(chǎn)率至關(guān)重要。氣泡能將氣、液、固三相充分混合，使三相的接觸面積得到顯著提高，進(jìn)而加快反應(yīng)速率、提高反應(yīng)

2、產(chǎn)率。所以合成一種能夠穩(wěn)定氣泡的固體粒子，并將其應(yīng)用于催化反應(yīng)成為一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。
　　本研究制備了具有界面活性的催化劑，對(duì)其作為起泡劑穩(wěn)定氣泡進(jìn)行了研究，利用TEM、FT-IR、氮?dú)馕?、接觸角、元素分析等手段對(duì)材料和催化劑的形貌、表面官能團(tuán)及潤(rùn)濕性等進(jìn)行表征，首次將具有界面活性的固體粒子作為起泡劑穩(wěn)定的氣泡應(yīng)用于水相催化加氫和水相催化氧化反應(yīng)，研究了氣泡的形成對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響，為考查制備的催化劑的成泡穩(wěn)定性和催化活性穩(wěn)定性，分別

3、以2-丁烯-1,4-二醇和水楊醇為底物進(jìn)行催化加氫和催化氧化成泡循環(huán)反應(yīng)，并取得了較好的結(jié)果。首先，用疏水性辛基三甲氧基硅烷(C8)對(duì)SiO2納米球(SN)表面進(jìn)行功能化修飾，成功制得了具有界面活性的材料(SN-C8)，并將其作為起泡劑進(jìn)行穩(wěn)定氣泡的研究。探討了硅烷嫁接量、材料加入量、NaCl的濃度、溫度等因素對(duì)氣泡的形成及其穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)硅烷的嫁接量為0.6 mmol/g，且將0.2 g SN-C8-0.6加入到2 m

4、L質(zhì)量濃度為0.05 g/mL的NaCl水溶液中時(shí)形成的氣泡25℃下可穩(wěn)定72 h，當(dāng)溫度達(dá)到100℃時(shí)，氣泡開始坍塌；其次，在上述研究的基礎(chǔ)上制備了具有界面活性的、負(fù)載貴金屬Pd的催化劑SN-Pd-C8，并首次應(yīng)用于催化水相加氫成泡反應(yīng)。以2-丁烯-1,4-二醇為底物，研究了氣泡的形成對(duì)水相加氫反應(yīng)速率的影響，并進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)，考查了催化劑的成泡穩(wěn)定性和催化活性穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氣泡的形成能夠提高反應(yīng)產(chǎn)率，當(dāng)沒有氣泡形成時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率

5、僅為31％，且反應(yīng)較慢。當(dāng)形成氣泡較多時(shí)，產(chǎn)率可達(dá)100%，且反應(yīng)較快。循環(huán)實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行了7次，在循環(huán)反應(yīng)過程中均形成了較多的氣泡，反應(yīng)產(chǎn)率變化不大，7次循環(huán)反應(yīng)后，仍達(dá)到80%左右。說明制備的催化劑具有良好的成泡穩(wěn)定性和催化活性穩(wěn)定性；最后，以親水性二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷和疏水性辛基三甲氧基硅烷對(duì)SN表面進(jìn)行功能化修飾，得到具有界面活性的材料SN-C8N，并以此為載體吸附貴金屬Au，制備出具有界面活性的催化劑Au/SN-C8N，并