镍基水滑石纳米催化剂的制备及加氢性能研究

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在催化加氢反应体系中,芳香化合物加氢制备饱和或半饱和化合物在化学和药物合成领域有重要的研究意义,其中高活性、高稳定性纳米催化剂的制备是研究的关键。基于此,本文以性能优异的水滑石材料为催化剂前驱体,通过添加螯合剂、造孔剂等制备方法的改进,以简便的方法制备了一系列低成本、高性能的镍基水滑石纳米材料,并将其应用到一系列芳香化合物加氢反应中,取得了预期的效果。首先,我们以含镍水滑石(NiMgAl-LDH)为前驱体,通过原位一步法制备了一系列不同Mg/Al摩尔比的高分散镍基纳米催化剂NiMgAlO-in situ。相比于传统浸渍法制备的催化剂,该催化剂在苯甲腈加氢反应中表现出优异的催化活性,苄胺选择性也达90%以上,而且其循环套用10次,活性没有明显的下降,具有良好的稳定性。通过X射线光电子能谱(XPS)和氢-程序升温还原(H2-TPR)证明该催化剂中载体与活性组分Ni之间存在较强的相互作用,使得活性组分Ni在反应过程中不易团聚和烧结,从而提高了催化剂的稳定性。然后,我们以乙二醇作为螯合剂,采用水热法制备出分层花状Ni-Mg-Al-LDH水滑石催化剂。该催化剂在苯甲酸加氢反应中表现出优异的催化性能。通过透射电子显微镜(TEM)、比表面积及孔径分析(BET)、X射线光电子能谱(XPS)等表征发现,该花状水滑石催化剂具有分层多孔的结构特点,主活性金属Ni2+在制备水滑石前驱体过程中原位加入,还原后Ni NPs能更好的锚定在水滑石的层板上,从而使Ni NPs在催化剂表面分布更加均匀粒径更小(1.1 nm),提高了催化剂的活性;同时,增强了其与载体的相互作用,抑制了Ni NPs的团聚,从而提高了催化剂的稳定性。最后,我们以羧甲基壳聚糖(CMC)作模板剂,制备了高比表面、多孔结构的镍基纳米催化剂,并将其应用于二苯甲酮选择性加氢反应中。实验结果发现,相比浸渍法和共沉淀法制备的催化剂,该催化剂在二苯甲酮加氢反应中具有较高的催化活性,表明CMC的添加对催化剂具有造孔作用,在增大催化剂比表面积的同时也有利于活性金属镍与反应物的接触,从而提高了其催化性能。此外,该催化剂也表现出较好的稳定性,能稳定使用10次,具有很好的应用前景。
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