钯/陶瓷膜催化剂的制备及其催化性能研究

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膜催化技术是近年来在膜与多相催化领域中出现的一种新技术。膜催化过程的显著特点是膜分离与催化反应过程耦合构成催化膜反应器,打破反应的化学平衡限制提高反应的转化率及产品选择性,实现产物与催化剂的原位分离,在催化加氢、脱氢、氧化等方面具有广阔的应用前景。膜催化过程的关键是高性能膜催化剂的制备,研究表明,膜催化剂的催化性能受膜表面的性能、膜元件构型以及催化膜制备方法等影响。为了制备高性能的膜催化剂,本文尝试采用多氨基硅烷对陶瓷膜表面改性和纳米颗粒溶胶浸渍法在陶瓷膜表面负载纳米钯催化剂。本研究主要内容包括:  ⑴使用多氨基硅烷偶联剂KH792对陶瓷膜表面进行接枝功能化,进而负载钯纳米颗粒,制备钯/陶瓷膜催化剂,采用XRD、FESEM、EDS、ICP、XPS、HRTEM等对其进行物性表征,并以对硝基苯酚催化加氢制备对氨基苯酚作为探针反应研究其催化性能。结果表明,与单氨基硅烷KH550相比,采用多氨基硅烷对陶瓷膜表面改性制备的钯/陶瓷膜催化剂,活性组分钯的含量明显提高,在反应中,催化活性和稳定性都有所提高。初步说明了含有更多氨基的硅烷偶联剂对钯负载量的增加、催化性能的提高是有益的。  ⑵研究了钯/陶瓷膜催化剂制备过程中改性条件、浸渍条件以及还原条件对其催化性能的影响,优化制备条件。结果表明,钯/陶瓷膜催化剂的催化性能受改性条件、浸渍条件以及还原条件控制,适宜的制备条件为硅烷偶联剂KH792浓度0.2 g/L,改性时间8h;钯浸渍溶液浓度0.040 mol/L,浸渍温度30℃,浸渍时间18h;水合肼还原温度0℃,还原30 min。  ⑶采用纳米颗粒溶胶浸渍法制备钯/陶瓷膜催化剂,即用原位还原法预先制备钯纳米颗粒溶胶再负载在氨基硅烷改性的陶瓷膜上。对制备条件进行了优化,结果显示最佳的制备条件为:硅烷偶联剂改性浓度0.2g/L,改性时间6h;Pd纳米颗粒溶胶制备温度70℃,浓度0.04 mol/L,PVP/钯摩尔比5;浸渍时间12h,浸渍温度40℃。对优化条件下制备的钯/陶瓷膜催化剂进行一系列的物性表征,并应用于对硝基苯酚催化加氢反应。和前面的阴离子浸渍还原法进行对比,发现采用溶胶法制备的膜催化剂具有更高的催化活性和相当的催化稳定性。
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