钴(镍)基催化剂的前驱体路线制备及催化对硝基苯酚还原性能

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近年来,快速的工业化被认为是引起环境问题主要原因之一,尤其是急剧增加的水污染问题。目前各个行业的工作/加工/净化过程而添加到地下水库中的化学物质正在给人类造成严重的健康疾病。在有机污染物中,硝基酚化合物因其在水介质中的高溶解度和稳定性而成为引起水污染的主要已知污染物之一,而还原后的氨基苯酚附加价值高。因而将硝基化合物转化为相应的氨基化合物意义重大,传统的贵金属基催化材料面临成本高、储量有限的问题,因此需要开发价廉易得,容易分离的催化材料。后过渡金属镍(钴)与贵金属在周期表中与贵金属临近,具有廉价易得等优势,其单质及氮化物是有潜力的非贵金属催化剂。本文致力于发展钴(镍)基材料的微观结构控制的有效方法,以提升其催化硝基化合物加氢中的稳定性、活性。通过合理的设计含有钴(镍)的配合物前驱体,制备了二氧化硅担载的氮化钴、一维碳管担载的氮化镍等结构。论文的主要内容如下:1)二氧化硅具有稳定性好,环境友好等特点,是良好的载体材料。但是通常的合成需要预先合成金属催化剂或者二氧化硅载体,然后再使第二种组分与合成的第一种组分结合,合成步骤繁琐且不利于大批量制备。通过可控热处理含有硅和钴的前驱体的方法,实现了二氧化硅片稳定的氮化钴的便捷、高产率的合成。基于3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)同时具有-NH2配位点和Si组分的特点,通过KH550与Co2+在乙醇中配位获得蓝色的KH-550-Co配合物。在氮气气氛中进行热处理,蓝色固体转化为黑色粉末。TEM电镜、XRD等测试表明形成了 SiO2片担载的其中Co4N颗粒。SiO2保护有助于防止其在使用过程中聚集。结果表明Co4N@SiO2可以作为硝基还原氨基的良好催化剂,在室温下可快速催化对硝基苯酚转化为对氨基苯酚。同时,Co4N@SiO2的磁性可以使催化剂在外加磁铁的作用下方便分离,在多次循环使用后性能没有后明显的变化。2)碳和硅位于同一主族,是良好的载体材料。同时含碳的配体种类繁多,更利于产物结构的调节。丁二酮肟(DMG)作为分析试剂被广泛用于检测Ni2+,可以与Ni2+配位形成Ni(DMG)2的红色沉淀。我们发现,在体系中引入表面活性试分子可以调节最终Ni(DMG)2的形貌。加入聚乙烯吡咯烷酮分子,可以获得管状的Ni(DMG)2。同时表面活性试剂的类型也对管状结构的形成有显著的影响。以Ni(DMG)2为前驱体进行氮化处理,可以获得一维Ni3N/DMG的纳米材料。这类中空的结构在催化中有很好的应用潜能。
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