湘潭大学毕业答辩 co-n共掺杂炭催化剂的制备表征及硝基苯催化加氢反应研究

Co-N共掺杂炭催化剂的制备表征及其硝基苯催化加氢研究

姓名：一只小鲤

专业：化学工程与工艺

指导老师：湘潭大学图1.12018年国内苯胺消费结构情况生产工艺铁粉还原法苯酚氨解法硝基苯催化加氢法催化剂无氧化铝-硅胶Cu-SiO2，贵金属催化剂工艺特点能耗大，污染，腐蚀严重，产品难分离基建投资大，成本高，能耗大产品质量高，能耗小，副产少，催化剂价格昂贵表1.1苯胺制备工艺比较关键：开发高效催化剂湘潭大学廉价，化学性能稳定，来源丰富，生物兼容性好1234氮掺杂炭材料掺杂氮原子可以增强炭材料表面碱性，改善炭材料电子性质，导致反应选择性和催化剂活性提高。负载金属提高了原子利用率，节省负载金属的使用量；金属与载体间协同作用改善金属的催化活性和选择性。廉价金属优异的活性和较高的选择性，储量丰富且价格低廉，有磁性，可回收循环利用。纯炭材料具有高的化学惰性，将用于加氢反应时，底物使用范围较低，伴有缩聚反应发生其且选择性较低。炭材料研究思路研究内容湘潭大学尿素为氮源Co(NO3)·6H2O为钴源葡萄糖水热炭(G-HTC)一步原位合成Co-N共掺杂炭催化剂N2高温碳化Co@NCG-T研究思路研究内容湘潭大学研究思路研究内容图1.1硝基苯催化加氢的反应路径催化剂的活性位点将氢气分子解离为两个活性H原子；当硝基苯分子被催化剂吸附后，活性H原子进攻硝基基团，诱导还原为氨基。湘潭大学研究思路研究内容图1.2催化剂的制备过程湘潭大学(a)(b)(c)(d)(e)(f)图4.2(a)GHTC-3,(b)15%Co@NCG-700,(c)15%Co@NCG-800,(d)15%Co@NCG-900,(e)5%Co@NCG-800和(f)10%Co@NCG-800的扫描电镜图(SEM)图4.310%Co@NCG-800的透射电镜图(TEM)催化剂表征性能研究条件优化碳球形貌碳化温度初始负载量影响催化剂微观形貌钴热稳定性较差导致碳化温度升高使碳球表面金属聚集碳包覆金属结构金属以Co3O4和Co单质的形式存在湘潭大学图4.4(a)G-HTC及四个不同温度煅烧得到的样品15%Co@NCG-T的XRD谱图；(b)不同Co负载量的样品n%Co@NCG-800的XRD谱图G-HTC以无定型碳为主15%Co@NCG-800、15%Co@NCG-900趋于形成石墨化碳；Co纳米粒子成功负载到G-HTC催化剂表征性能研究条件优化湘潭大学SampleSBET(m2/g)Vtotal

(cm3/g)Averageporesize(nm)AverageParticleSize(nm)G-HTC2040.163.1929.445%Co@NCG-8002940.354.7520.3810%Co@NCG-8002730.233.3021.9515%Co@NCG-8002270.35.2326.35表4.1几种催化剂的比表面积及孔隙结构数据图4.5不同初始负载量催化剂的(a)氮气吸脱附图(b)孔径分布图催化剂表征性能研究条件优化湘潭大学表4.1几种催化剂的加氢性能a反应条件：硝基苯0.15g，催化剂0.05g，异丙醇20mL，H21MPa，时间3h升高碳化温度有助于石墨化提高材料催化性能金属聚集导致催化剂表面活性位点降低——催化剂整体活性降低高负载量Co——传质效率降低晶粒尺寸大部分孔隙被过多的Co覆盖或堵塞催化剂表征性能研究条件优化湘潭大学(a)(c)(b)(d)图4.7(a)不同Co的负载量在不同温度下的转化率，(b)、(c)、(d)分别是10%Co@NCG-800在不同温度、时间、压力下对硝基苯加氢的结果最佳反应条件：100℃、3h、1MPa催化剂表征性能研究条件优化湘潭大学总结廉价金属钴炭载体生物质葡萄糖硝基苯加氢苯胺一步原位合成Co-N共掺杂生物质葡萄糖为碳源、绿色低成本炭载体来源丰富、制备方法简单廉价金属钴分布广泛，稳定性高、耐受杂原子和极性基团10%Co@NCG-800最佳催化性能，高含量氮掺杂和Co/Co3O4尺寸均匀最佳反应条件：100℃、1MPaH2、3h，苯胺转化率高达100%，选择性99%湘潭大学致谢在湘潭大学生活的四载即将画上句号。在此，感谢我的指导老师XXXX的悉心指导，感谢XXXX给予的关心与帮助，感谢母校提供的宝贵资源与环境。最后，向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢！恳请各位老师批评指正！湘潭大学展望1.缺乏对碳化机理和催化反应机理的深刻解释2.对氮掺杂和负载钴间的相互作用与影响加以理论计算支持4.研究温和条件下催化硝基苯加氢反应的高效催化剂3.研究物质在多孔结构中的扩散机制及活性位点间的协同作用湘潭大学图1.2硝基苯催化加氢的反应路径催化剂的活性位点将氢气分子解离为两个活性H原子；当硝基苯分子被催化剂吸附后，活性H原子进攻硝基基团，诱导还原为氨基。湘潭大学图1.3硝基