镍、铂负载型催化剂的制备及其催化硝基苯加氢性能研究

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芳香硝基化合物加氢反应在工业中有着举足轻重的地位,得到的各种产物广泛应用于医药、农药、染料、橡胶等领域。目前,用于芳香硝基化合物加氢反应的催化剂有很多,其中,负载型催化剂拥有更大比表面积,并且可以通过载体稳定活性组分,因此高效负载型催化剂一直是催化剂领域的重要研究课题之一。本文采用镍和铂为活性组分,镁铝水滑石为载体前驱体,通过煅烧,气相还原制备一系列负载型催化剂并用于硝基苯加氢反应。具体工作和研究结论如下:(1)一步共沉淀法制备了Ni/Mg(Al)O催化剂,考察了Ni负载量、反应温度、压力对硝基苯加氢合成苯胺的影响。实验结果表明,合适的Ni负载量和温度、高压对反应是有利的,10%Ni/Mg(Al)O催化剂在正庚烷溶剂中,1.5 MPa氢压120℃条件下,苯胺收率为99%。(2)相同方法制备了0.5%Pt/Mg(Al)O催化剂,考察了反应压力、溶剂、Mg/Al摩尔比和煅烧温度四个因素对硝基苯加氢合成苯胺反应的影响,得出以下结论:0.5%Pt/Mg3(Al)O-500催化剂表现出最高活性,2.5 MPa氢压30℃条件下,硝基苯在正庚烷溶液中进行加氢反应,4 h硝基苯完全转化,苯胺收率>99%。为了探究催化剂优异活性的原因,利用多种表征手段对催化剂的物化性质进行表征。0.5%Pt/Mg3(Al)O-500表征显示活性组分Pt形貌为纳米颗粒,平均颗粒粒径为约2.25 nm,且均匀分散在镁铝复合氧化物载体上面。另一方面,载体大的比表面积和丰富的碱性位点对硝基苯高选择性合成苯胺也起着重要作用。(3)相同方法制备了0.1%Pt/Mg(Al)O催化剂,考察了反应时间、压力、温度、溶剂和Pt负载量五个因素对硝基苯加氢合成偶氮苯反应的影响,得出以下结论:0.1%Pt/Mg(Al)O催化剂活性最好,0.5 MPa氢压70℃条件下,硝基苯在正庚烷溶液中1.6 h完全转化,偶氮苯收率为90%。Ac-HAADF-STEM图像中出现一颗颗孤立亮点,经证实,这些亮点为Pt原子,这说明催化剂中活性组分为单原子形貌。随后制备了其他三种贵金属(Ru、Ir、Au)催化剂,实验数据显示硝基苯加氢产物为苯胺。很显然,不同活性组分在催化过程中有着不同的催化行为。随后,与已报道的催化剂进行了对比,并对0.1%Pt/Mg(Al)O催化剂催化硝基苯加氢反应原理进行了简单推测。
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