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Sb/LDHs催化剂及层状双氢氧化物结构记忆性研究

刘媛

  层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides 简称 LDHs)是一种由带正电荷的金属氢氧化物层板和层间填充带负电荷的阴离子构成的层状化合物。作为一种新型的固体催化剂,层状双金属氢氧化物在碱催化、氧化还原催化等领域应用广泛。羰基化合物发生 Baeyer-Villiger 氧化生成酯或内酯是一类非常重要的有机合成反应。由于聚 ε-己内酯是一种广泛使用的生物可降解高分子材料,Baeyer-Villiger 氧化环己酮成 ε-己内酯也引起了人们的广泛关注。这一反应中,传统方法使用的氧化剂主要是有机过酸类化合物,此类氧化剂成本昂贵,操作危险性高,同时其副产物羧酸对环境影响大。目前所报道的催化剂多数存在反应转化率和选择性偏低的问题。因此开发具有较高催化活性和良好稳定性的非均相催化剂,用清洁的氧化剂如H2O2 进行化学反应已经成为研究的热点。本论文从催化和结构记忆功能两个角度对镁铝层状双氢氧化物的特性进行了研究。通过浸渍法将元素 Sb 负载到 Mg-Al-CO3 2- LDHs 的焙烧产物 LDO 上,利用 X射线衍射(XRD)、热重(TG)、N2吸附、红外(FT-IR)等技术对催化剂的结构进行表征。通过 Baeyer-Villiger 氧化环己酮制 ε-己内酯反应考察了 Sb 负载量、催化剂焙烧温度、不同载体等催化剂制备条件对催化反应活性的影响,优化了反应工艺条件,并且考察了催化剂的重复使用性能。XRD 分析表明,焙烧后的样品 Sb/LDO在反应体系中发生重新水合,恢复了 Sb/LDHs 的层状结构,因此在反应体系中真正起催化作用的是负载 Sb 的镁铝层状双氢氧化物。反应结果显示,Sb(1.5)/LDO(3)-450催化活性最高,在 10 ml 乙腈,140 mmol 30 % H2O2中,70 C 反应 4 小时,环己酮o的转化率达到 42 %,ε-己内酯选择性达到 94 %。催化剂具有良好的再生性能,在相同条件下使用 5 次后催化活性变化不大,对 ε-己内酯的选择性仍能达到 92 %,是一种潜在的具有工业应用前景的新型环境友好催化剂。I南京工业大学硕士学位论文另一方面本论文比较系统的研究了 Mg-Al LDHs 结构“记忆功能”并将这一特性应用于乙醇-水体系中水的脱除。考察了焙烧温度对 Mg-Al LDHs 结构“记忆功能”的影响,发现 LDHs 在一定温度范围内焙烧形成的复合氧化物 LDO 能在水中重新恢复原来的层状结构,当焙烧温度升高到 800 C 时,LDHs 结构“记忆功能” o消失。对 Mg-Al LDHs 结构“记忆功能”的重复性研究结果表明,经过 2 次重复焙烧-水合后,LDO 重构时结合水的能力几乎不再发生变化。将 Mg-Al LDHs 的结构“记忆功能”应用于乙醇-水体系中水的脱除,发现在含水量比较高的乙醇溶液中,焙烧后的 LDO 能重新恢复层状结构,此时 LDO 对乙醇溶液的提浓效果明显并且略高于 5A 分子筛。在含水量比较低的乙醇溶液中,体系中的水分子无法进入层状双氢氧化物层间,LDO 没有发生重新水合,此时 LDO 对乙醇溶液的提浓效果与 5A分子筛相当。……   
[关键词]:层状双氢氧化物;;环己酮;Baeyer-Villiger 氧化;ε-己内酯;记忆功能
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:南京工业大学2004年
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