離子液體中制備納米Ni和NiB催化劑及催化活性的研究.pdf

1、離子液體中制備納米催化劑是一個(gè)嶄新的課題。本文就離子液體(IL)中制備納米鎳(Ni)及其合金硼化鎳(NiB)進(jìn)行了初步探索，選擇苯乙烯的催化加氫和甲苯的催化氧化來評(píng)價(jià)所制備催化劑的活性，主要考察了離子液體中制備的與常規(guī)方法制備的催化劑在形貌結(jié)構(gòu)及催化活性上的不同，初步探討了離子液體對(duì)納米催化劑的穩(wěn)定機(jī)理。 催化劑的制備，采用化學(xué)還原法，分別在常規(guī)水溶液和離子液體無水乙醇溶液兩種不同的反應(yīng)介質(zhì)中制備了不同的Ni及NiB催化劑，制備

2、出系列Ni、NiB(常規(guī)方法制備)及Ni-lL、NiB-IL(離子液體中制備)催化劑。 采用自制高壓反應(yīng)器和氣相色譜(FID檢測(cè)器)對(duì)Ni、Ni-IL及NiB、NiB-IL催化劑催化苯乙烯加氫和甲苯氧化反應(yīng)進(jìn)行探索。加氫結(jié)果表明：兩種體系中制備的催化劑對(duì)苯乙烯加氫反應(yīng)均表現(xiàn)出一定的活性，Ni-IL、NiB-IL催化劑的催化活性顯著高于對(duì)應(yīng)的Ni、NiB催化劑。催化苯乙烯加氫活性(以反應(yīng)物苯乙烯的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物苯乙烷的收率為評(píng)價(jià)手段

3、)比較如下：苯乙烯轉(zhuǎn)化率：Ni：32.2％，Ni-IL：57.1％：NiB：40.8％，NiB-IL:72.6％：苯乙烷收率：Ni：42.3％，Ni-IL：66.8％：NiB：43.6％，NiB-IL：84.5％。氧化結(jié)果表明：兩種體系中制備的催化劑對(duì)甲苯氧化反應(yīng)有一定的活性，Ni-IL、NiB-IL催化劑的催化活性高于對(duì)應(yīng)的Ni、NiB催化劑。催化甲苯氧化活性(以反應(yīng)物甲苯的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物苯甲酸的收率為評(píng)價(jià)手段)比較如下：甲苯轉(zhuǎn)化率：N

4、i：19.6％，Ni-IL：34.2％；NiB：17.4％，NiB-IL：27.4％；苯甲酸收率：Ni：22.3％，Ni-IL：37.9％；NiB：20.7％，NiB-IL：34.1％。催化活性的顯著差異表明，離子液體對(duì)納米催化劑起到了很好的穩(wěn)定作用。不同離子液體(包括[bmim]·BF<,4>、[bmim]·PF<,6>、[mim]·BF<,4>)中制備的催化劑的催化活性也進(jìn)行了初步的研究。結(jié)果表明：離子液體[bmim]·BF<,4>

5、中制備的催化劑的催化活性最高，初步推測(cè)，其原因在于離子液體[bmim]·BF<,4>具有更好的粘滯性和配位能力，從而可以更牢固的吸附在納米顆粒的表面形成一層保護(hù)膜，防止了納米顆粒的團(tuán)聚和氧化，提高了其催化活性。 采用各種現(xiàn)代表征技術(shù)對(duì)催化劑進(jìn)行表征。XRD和TEM表征結(jié)果表明：相比于團(tuán)聚明顯的Ni，Ni-IL顆粒大小分布均勻，在2θ=20°～80°范圍內(nèi)僅有三個(gè)衍射峰，分別對(duì)應(yīng)于鎳的面心立方(fcc)結(jié)構(gòu)中的(111)、(200

6、)、(220)三個(gè)晶面的衍射，此外，并無其它鎳的氧化物或氫氧化物的雜質(zhì)峰，這表明離子液體的存在確實(shí)有效防止了Ni納米顆粒的氧化；對(duì)于NiB-IL，則在2θ=45°有一非晶態(tài)的標(biāo)識(shí)峰，具有比NiB更大的結(jié)構(gòu)無序度，更小的顆粒粒徑和更均勻的分布，無團(tuán)聚現(xiàn)象。IR、UV-Vis和TG-DSC的表征則進(jìn)一步驗(yàn)證了納米催化劑表面離子液體層的存在，離子液體化學(xué)吸附在催化劑的表面形成一層保護(hù)膜，有效防止了納米顆粒的團(tuán)聚和氧化；另一方面，其較高的粘度也