Pd/SiO2催化剂结构调控及其还原醚化反应研究

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醚类化合物在食品、化工、医药和生物燃料(燃油添加剂)等领域有着广阔的应用前景。将生物质平台化合物中的醇类或羰基化合物转化为醚类化合物具有重要的科学意义和工业应用价值。与传统的醇类酸催化脱水制备路线相比,羰基化合物还原醚化工艺具有反应条件温和的优势。但是,还原醚化条件下通常伴随着全加氢反应,因此其选择性调控面临着巨大挑战。本论文围绕糖类衍生物糠醛(FAL)还原醚化制备糠乙醚(EFE)的反应机理和催化剂的制备开展研究。详细考察了催化剂制备过程中可能引入的钠离子对糠醛加氢反应路径的影响,并进一步研究了钯纳米粒子化学环境调控对催化活性的影响。论文第一部分工作通过浸渍法制备了Pd/SiO2和Pd-Na/SiO2催化剂,研究了负载Pd催化剂中微量Na+对还原醚化活性的影响行为。反应结果表明,在Pd/SiO2催化体系中(120 oC,0.3 MPa H2),当反应进行到60 min时,糠乙醚的选择性达到60%。随着反应的继续进行,糠乙醚发生深度加氢,产率下降。相同反应条件下Pd-Na/SiO2催化剂上未观察到糠乙醚的生成,主要产物为四氢糠醛(选择性为74%)。通过对催化剂Pd纳米粒子进行XPS、CO-IR等表征分析,发现钠离子的引入破坏了载体氧化硅的酸性,同时与Pd发生了电荷转移,使得催化剂既无法催化缩醛化反应,也不能催化缩醛的氢解反应。论文第二部分工作研究了在多种氨基硅烷配位辅助下经浸渍焙烧获得的负载Pd催化剂对糠醛还原醚化反应的性能。结果表明硅烷在浸渍及焙烧过程中水解得到的SiO2部分覆盖在金属钯的表面,抑制了钯的全加氢反应活性。同时,氨基硅烷水解过程产生大量的介孔结构,既增加了底物与活性中心钯的接触,又提高了钯纳米粒子的稳定性。其中采用氨基硅烷N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺(TPE)修饰金属钯的催化剂可在温和反应条件下(120 oC,0.3 MPa H2,2 h),高效率地制备糠乙醚,产率为78%,且催化剂可循环使用9次。
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