介孔Fe-MCM-41纳米粒子的合成及其在催化反应中的应用

论文摘要

弱酸性的MCM-41是纯硅的介孔材料,没有选择催化氧化的能力,将金属铁掺杂进入MCM-41骨架,介孔材料的催化性能得到迅速增强。另外,颗粒尺寸对催化性能的影响很大,相比大颗粒介孔材料,介孔纳米粒子在一些特定的反应中催化活性更强。本论文在室温条件下,分别以氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵为碱源和表面活性剂,采用一步法快速合成不同铁含量的介孔Fe-MCM-41纳米粒子。采用SEM、TEM、XRD、N2吸附-脱附、FT-IR、UV-vis等分析手段对样品的结构进行了细致的表征,并考察了铁量、氢氧化钠量、铁源、十六烷基三甲基溴化铵量对Fe-MCM-41纳米粒子结构的影响。本论文还采用后合成法合成了Fe-MCM-41纳米粒子,结果表明,用室温合成法和后合成法合成的介孔Fe-MCM-41纳米粒子都具有良好的有序度。将室温合成法和后合成法合成的Fe-MCM-41纳米粒子以及大颗粒的介孔材料分别作为催化剂,以环境友好的双氧水作氧化剂,用于催化苯酚羟基化反应。研究结果表明,在苯酚羟基化的反应中,Fe-MCM-41纳米粒子催化剂相对于Fe-MCM-41大颗粒样品具有更高的初始反应速率,即达到特定苯酚转换率所用的时间更短,双氧水的有效利用率更多,因此它具有更强的催化活性。这主要是因为,当把Fe-MCM-41的粒子尺寸降低到纳米级时,较短的孔道会有利于加速反应物分子在孔道中的扩散,因此,相比大颗粒的介孔材料,介孔纳米粒子具有更高的催化反应活性。此外,在苯和氯化苄的傅克烷基化反应中,在很短的时间内,Fe-MCM-41纳米粒子催化氯化苄的转换率几乎达到100%,这表明Fe-MCM-41纳米粒子在不同的催化反应中都具有高的催化能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 介孔材料的历程
• 1.3 介孔材料的机理和方法
• 1.3.1 合成机理
• 1.3.2 合成方法
• 1.4 介孔材料的改性
• 1.4.1 形貌控制
• 1.4.2 孔径调节
• 1.4.3 水热稳定性提高
• 1.5 杂原子 MCM-41 的合成方法
• 1.5.1 水热合成法
• 1.5.2 模板离子交换法
• 1.5.3 直接室温合成法
• 1.5.4 其它合成法
• 1.6 杂原子 MCM-41 在催化领域的应用
• 1.6.1 酸碱催化
• 1.6.2 氧化还原催化
• 1.6.3 环境催化
• 1.7 Fe-MCM-41 介孔材料的简述
• 1.8 课题主要研究内容
• 第2章 实验材料和实验方法
• 2.1 实验药品与仪器
• 2.2 表征和测试方法
• 2.2.1 X 射线粉末衍射分析
• 2.2.2 红外光谱分析
• 2.2.3 氮气吸附-脱附分析
• 2.2.4 透射电镜分析
• 2.2.5 扫描电镜分析
• 2.2.6 紫外漫反射分析
• 2.2.7 ICP 测试
• 2.2.8 气相色谱分析
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 室温合成法制备介孔Fe-MCM-41 纳米粒子
• 2.3.2 后合成法制备介孔 Fe-MCM-41 纳米粒子
• 2.3.3 苯酚羟基化的实验过程
• 2.3.4 傅克烷基化的实验过程
• 第3章 介孔Fe-MCM-41 纳米粒子的制备
• 3.1 引言
• 3.2 室温合成法合成样品的结果与讨论
• 3.2.1 改变氯化铁量的样品的表征
• 3.2.2 改变氢氧化钠量的样品的表征
• 3.2.3 改变CTAB 量的样品的表征
• 3.2.4 铁源为硝酸铁的样品的表征
• 3.3 后合成法合成样品的表征
• 3.3.1 扫描电镜（SEM）分析
• 3.3.2 X 射线粉末衍射（XRD）分析
• 3.3.3 透射电镜（TEM）分析
• 3.3.4 氮气吸附-脱附分析
• 3.3.5 紫外漫反射（UV-vis）光谱分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 介孔Fe-MCM-41 的催化性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 苯酚羟基化结果和讨论
• 4.2.1 催化条件的选择
• 4.2.2 室温合成法的样品的颗粒尺寸对苯酚羟基化的影响
• 4.2.3 后合成法合成样品的颗粒尺寸对苯酚羟基化的影响
• 4.2.4 不同催化剂的催化活性
• 4.2.5 催化剂的重复利用
• 4.3 傅克烷基化结果和讨论
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢