苯甲醛作为一种重要的有机中间体已被广泛地应用到化学工业当中。传统制备苯甲醛的方法有甲苯氯化水解法、甲苯氧化法、苯甲醇氧化法、苯甲酸加氢还原法和间接电氧化法,但是这些方法有很多的缺点,比如:合成过程复杂、原料昂贵、污染环境以及反应效果不佳等。近些年来,苯乙烯在绿色氧化剂的作用下直接氧化制苯甲醛的方法引起了广泛的关注,这种方法具有反应流程简单、对环境无污染等优点。本文以HZSM-5为载体,钴作为活性组分,采用水热法合成出一种包覆型的催化剂。以苯乙烯氧化制苯甲醛反应为探针,研究了催化剂的催化性能。一、Co3O4@HZSM-5催化剂的筛选及表征本章分别采用颗粒状二氧化硅(平均粒径1 mm),粉末状二氧化硅(平均粒径10 μm)和气相二氧化硅作为硅源,九水合硝酸铝为铝源,四丙基氢氧化铵为模板剂,采用水热法制备出一种包覆型催化剂,分别标记为Co3O4@HZSM-5、P-Co3O4@HZSM-5和G-Co3O4@HZSM-5。不同硅源制备催化剂的XRD和SEM表征结果显示,颗粒状二氧化硅制备的催化剂具有规则的六方体形貌和较高的结晶度。因此,本章选择颗粒状二氧化硅作为硅源进行进一步研究。在颗粒状二氧化硅作为硅源的条件下,制备出硅铝比为40、50 和 80 的催化剂 Co3O4@HZSM-5(40)、Co3O4@HZSM-5 和 Co3O4@HZSM-5(80)。采用XRD、SEM等分析测试技术对不同硅铝比的催化剂进行表征,结果显示硅铝比为50的催化剂具有规则的六方体形貌和较高的结晶度。将合成的一系列催化剂应用到苯乙烯氧化制苯甲醛的反应中。通过对比可知,以颗粒状二氧化硅作为硅源,并且硅铝比为50的催化剂Co3O4@HZSM-5催化剂对苯乙烯氧化制苯甲醛的催化剂性能方面都要优于其它条件制备的催化剂。因此,本文进一步研究Co3O4@HZSM-5催化剂的性能。二、Co3O4@HZSM-5催化剂的表征及催化性能研究本章采用XRD、XRF、SEM、TEM、NH3-TPD和27A1-NMR等分析测试技术对合成的Co3O4@HZSM-5催化剂进行了表征。表征结果显示,制备出的Co3O4@HZSM-5催化剂具有规则的六方体形貌,Co3O4颗粒均匀地分散在HZSM-5分子筛内,并且合成的催化剂具有较强的酸性。将合成的催化剂Co304@HZSM-5应用到苯乙烯氧化制苯甲醛的反应中,并对催化剂Co3O4@HZSM-5的催化性能进行了考察,考察了反应时间、反应温度、溶剂、氧化剂用量、催化剂用量等因素对氧化反应效果的影响。实验结果表明,在15 mmol苯乙烯、0.1gCo3O4@HZSM-5、16ml乙腈、75mmol双氧水、反应时间为10h、反应温度为75 ℃的条件下,苯甲醛的收率可达到78.9%,其中苯乙烯的转化率为96.8%,苯甲醛的选择性为81.5%。并且催化剂在循环使用六次后,催化活性没有明显下降。结合催化剂的表征结果和催化性能,本文推测出苯乙烯氧化制苯甲醛在催化剂Co3O4@HZSM-5作用下的反应机理。