磁性核/壳结构铝氧化物催化剂的制备及其性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 11次 | 上传用户:superlhl2010
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磁性纳米催化剂是一类新型的催化材料,它不仅具有高效的催化性能,而且由于其具有磁性,因而在外磁场的作用下可以被有效的分离和回收,从而带来巨大的经济效益。本文以改进溶剂热法制备的Fe3O4磁性微球为核,通过异丙醇铝水解法,合成出核/壳结构的γ-AlOOH@Fe3O4磁性微球和γ-Al2O3@Fe3O4磁性微球。然后,以γ-AlOOH@Fe3O4和γ-Al2O3@Fe3O4磁性微球为载体,制备出负载Pd纳米颗粒的Pd/γ-AlOOH@Fe3O4和Pd/γ-Al2O3@Fe3O4催化剂。采用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(HRTEM)、扫描电镜(SEM)、全自动比表面和孔径分布仪和振动样品磁强计(VSM)对磁性微球载体和催化剂的结构和性能进行表征。并以碘苯和丙烯酸丁酯为反应模型,研究Pd/γ-AlOOH@Fe3O4和Pd/γ-Al2O3@Fe3O4催化剂催化Heck反应的性能。结果表明:运用改进溶剂热法制备Fe3O4颗粒的过程中,当反应时间为12h,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/FeCl3·6H2O摩尔比为3/40,醋酸钠量为30g时,制备出的Fe3O4颗粒成规整的球形结构,粒径均一,平均粒径在200nm左右,具有较高的饱和磁化强度(77.0emu/g)。通过异丙醇铝水解法制备核/壳结构的γ-AlOOH@Fe3O4磁性微球时,微球的γ-AlOOH壳层形态受异丙醇铝浓度和异丙醇铝水解时间的影响。当异丙醇铝浓度为0.016mol/L,异丙醇铝水解时间为1h时,Fe3O4微球表面才能包裹上一层厚度约为5nm的连续致密的γ-AlOOH壳层,且壳层厚度可以通过重复这一包裹过程来控制。―化学吸附-水解‖机理可以用来解释γ-AlOOH壳层的形成过程。γ-Al2O3@Fe3O4磁性微球是由γ-AlOOH@Fe3O4在500℃下煅烧后得到的,γ-Al2O3@Fe3O4磁性微球仍为核/壳结构。分别用Pd/γ-AlOOH@Fe3O4和Pd/γ-Al2O3@Fe3O4催化剂来催化碘苯和丙烯酸丁酯的反应,当催化活性组分Pd含量为3.0wt%,反应温度为120℃,反应时间为1.5h时,反应物碘苯的转化率均达到100%。3.0wt%Pd/γ-AlOOH@Fe3O4和3.0wt%Pd/γ-Al2O3@Fe3O4催化剂仍具有较高的饱和磁化强度,分别为56.6emu/g和43.0emu/g,在外磁场下可以被轻易的从液相中分离出来。3.0wt%Pd/γ-Al2O3@Fe3O4催化剂重复使用6次后,催化活性仍没有丝毫的降低。
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