基于金属改性介孔分子筛的光催化苯乙烯环氧化研究

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介孔分子筛SBA-15由于具有较大比表面积、高度规整有序的孔道结构、均一且可调的孔径大小、较窄的孔径分布、较厚的孔壁、表面易改性和良好的水热及热稳定性等优良的特点,自问世以来就受到了广泛的关注,它的问世揭开了分子筛科学的新纪元,是良好的催化剂载体,在催化、吸附、分离、环境及纳米材料和药物输送等领域具有广阔的应用前景。但纯硅分子筛SBA-15的骨架为非晶态,主要由无定形的SiO2组成,其表面呈惰性且缺乏活性中心,骨架没有缺陷,呈电中性,纯硅基分子筛无酸性位,因而其在催化领域的应用受到了一定的限制。为了解决这一问题,本论文通过不同的方法将碱、氧化还原中心及活性物种引入到介孔分子筛SBA-15的孔道,设计合成了单取代和双取代的分子筛,以便拓宽其应用范围。主要研究内容和结果如下:1. Ln-Ti/APTES-SBA-15(Ln=La、Ce、Sm、Eu)复合催化剂的制备、表征及光催化应用。以SBA-15为载体,通过后嫁接法,在N2保护及非水介质中,以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)为偶联剂对SBA-15表面进行氨基修饰,使介孔材料表面的硅羟基被氨基取代,制备出具有酸碱调配功能的APTES-SBA-15材料。然后以其为载体,以钛为主体组分元素,通过添加第二辅助组分镧系金属(La、Ce、Sm、Eu)对载体进行氧化还原功能的调变,制备出Ln-Ti/APTES-SBA-15复合催化剂,利用XRD、FT-IR、UV-vis、SEM和TEM对催化剂进行表征。通过改变实验条件,探讨不同反应因素(不同金属负载量、催化剂用量、H2O2/Styrene摩尔比、反应时间)对光催化苯乙烯环氧化反应的影响,在以H2O2为氧化剂的苯乙烯环氧化反应中,Eu、Ti双金属取代的APTES-SBA-15分子筛表现出很高的催化活性,特别是当Eu/Ti=2时,光催化活性达到最大。2. Au/APTES-SBA-15复合催化剂的合成、表征及光催化研究。以APTES-SBA-15为载体,氯金酸(HAuCl4)为金源,通过浸渍法将活性组分金载入介孔的孔道,使其与硅烷偶联剂之间发生强的相互作用,制备出活性组分金高度分散且具有高活性和高选择性的小尺寸金基催化剂。并利用XRD、FT-IR、UV-vis、TEM、SEM和EDS对其进行表征。复合催化剂2%Au/APTES-SBA-15的转化率可达41.03%,氨基对合成小尺寸且高度分散的金基催化剂具有决定性的作用。3. Nb-Ti-SBA-15复合光催化剂的制备、表征及光催化性能分析。以SBA-15为载体,钛酸四正丁酯(TBOT)为钛源,Nb2O5在草酸溶液中溶解为铌源,通过浸渍法,将具有氧化还原功能且为主要活性组分的Ti和作为第二辅助组分的过渡金属Nb负载于分子筛的孔道,通过调节不同金属负载量,寻找最佳的组分含量,进而制备出催化效果良好的具有协同作用的双金属负载型催化剂。在以双氧水为氧化剂的光催化反应中,通过向反应体系中加入微量的H+,苯乙烯转化率和苯基环氧乙烷的选择性得到了显著的提高,Nb和Ti的存在可以增加分子筛的酸性位,进而影响催化活性,双金属的协同作用在该实验中表现的淋漓尽致。
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