磁性纳米钯催化氯代硝基苯加氢还原反应效能研究(附件)
对目前的化工工业来说，催化剂的高效、稳定和易分离是促进工业发展的前提，磁性纳米催化剂由于其较大的比表面积和超顺磁性的特点，成为了当代催化工业的研究重点。本课题研究将钯直接负载在磁性纳米粒子表面，合成磁性纳米钯催化剂，同时测试该催化剂催化氢化氯代硝基苯的性能。在课题中，以异丙醇为还原剂兼溶剂，使用氯化钯为钯源，合成出了磁性纳米钯催化剂。经ICP-OES、GC检测，合成出的钯含量约8%的磁性纳米钯催化剂可以有效地催化对氯硝基苯加氢还原反应,在半连续生产上具有工业化前景。与不加助剂的雷尼镍相比，具有更好的催化活性和选择性；与5%钯碳相比，具有更好的选择性（没有脱氯产物）。关键词 磁性纳米钯，氯代硝基苯，催化加氢，催化剂循环，工业化合成
目 录
1 绪论 1
1.1 磁性纳米材料的发展 1
1.1.1 磁性纳米粒子的特性 2
1.1.2 磁性纳米粒子的合成 2
1.1.3 磁性纳米催化剂 4
1.2 氯代硝基苯的催化氢化 5
1.3本课题的研究目标及研究方法 7
2 制备磁性纳米钯催化剂及其对氯代硝基苯的催化氢化性能 8
2.1实验部分 8
2.1.1 仪器与试剂 8
2.1.2 样品分析测试方法 8
2.1.3 GCMS 9
2.1.4 磁性纳米粒子的制备 9
2.1.5 磁性纳米钯催化剂的制备 10
2.1.6 催化剂中钯含量的测定 10
2.1.7 磁性纳米钯催化剂对氯代硝基苯的催化氢化 11
3 实验的结果及其对数据处理 11
3.1 磁性纳米粒子与磁性纳米钯催化剂表征 11
3.2 催化氢化产物的表征 12
3.3催化剂中钯担载量的影响 14
3.4 磁性纳米钯催化加氢氯代硝基苯性能 15
3.5 雷尼镍和钯碳催化剂催化氯代硝基苯加氢还原测试 17
3.6磁性纳米钯催化性能测试 18
3.6.1 磁性纳米钯催化对氯硝基苯的循环使用性能测试 19
3.6.2磁性纳米钯对其它 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
硝基化合物的催化氢化反应的催化效果 20
4 安全技术与环境保护 20
5 经济效益 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
1 绪论
近年来，我国有机合成产业的快速发展（如：药物活性中间体生产，有机合成外包服务等），使各种均相有机催化剂（主要是金属有机配合物）得到了广泛应用。这些均相催化剂在产生巨大经济效益的同时也产生了巨大的污染，例如大量含有催化剂的废物（包括为提纯产品而耗费的大量有机溶剂）。如何将这些昂贵的均相有机催化剂从反应混合物中分离出来，并再次循环使用一直是工业界和学术界希望克服的难题。发展易分离可复用的均相有机催化剂不但能够降低精细有机化学品的生产成本，减少废物排放和环境污染，还能更为有效地利用有限的资源，符合我国绿色环保和可持续发展战略的需要。
从20世纪来到21世纪以后，磁性纳米材料逐渐进入人们的视野[1]。现在通过仔细调节合成条件，大量制备各种不同粒径（522 nm）且粒径分布均一的磁性纳米氧化铁粒子已经成为可能[2]。通过在其上负载非均相催化剂分子能够发展出磁性非均相纳米催化剂，并填补传统均相和非均相催化剂之间的空白。和现有的固相载体相比，磁性纳米粒子具有以下优点：第一，通过适当的表面修饰（表面极性调节），磁性纳米氧化铁粒子能够溶解于不同的溶剂，从而适用于不同的催化环境[3]。第二，纳米级的尺寸使得氧化铁粒子能够在反应溶液中自由移动；而大的比表面积和催化剂分子的表面固定化方式（通过偶联剂）也使催化剂和反应底物分子能够自由接触[4]。这些都有利于提高催化反应的速率和选择性。第三，纳米氧化铁粒子独特的超顺磁特性使其既能够非常简便有效地利用磁铁吸引而从反应混合物中分离出来（无需过滤，离心），也能在撤去外加磁场后立刻恢复到无磁性状态继续溶解于反应溶剂中。这就能够在同一个反应器中连续进行多批次反应，从而节约生产成本和时间。第四，纳米粒子的表面纳米环境可以使固定其上的两个或多个催化剂分子相互靠近，进而协同作用提高催化效能。
1.1 磁性纳米材料的发展
随着诸多科研小组的进入，开发出了很多有关例如FePt合金，纳米Fe3O4等具备单分散和尺寸可控的特性纳米粒子[56]。磁性纳米材料作为横跨化工、制药及生物材料多个学科的研究热门之一, 在化工生产、生物医药有机合成技术、磁共振成像等多个方面应用广阔。随着催化剂、基础材料科学的进步, 有多个研究小组已经可以开发出尺寸和形貌可控的磁性纳米粒子。通过合成、包裹等新技术的运用, 将磁性纳米粒子与带有特定活性点的配体或酶或手性催化剂等其它复杂客体进行负载，设计出多功能的磁性纳米混合体系。这样的磁性纳米材料体系已经在化工、医药、生物等领域的进行了大量应用。
1.1.1 磁性纳米粒子的特性
超顺磁性材料目前发现的不是很多，磁性纳米粒子作为其中的一种。铁磁性物质粒子都有一个临界尺寸，在低于某个临界尺寸时,这些纳米粒子会进行聚集，变成单个粒子。由于能量的高低决定了电子的运动方向,那么磁矩的方向会因为电子能量降低从而发生无定向的偏移。由于其含有铁和亚铁，因此具有超顺磁性[78]。磁性纳米材料不同，因此它的临界尺度也不相同，所以它的超顺磁性的也会不同。例如,张立德研究小组发现的γFe3O4临界尺寸为16nm；Fe3O4粒子临界的尺寸为20nm[9]。
1.1.2 磁性纳米粒子的合成
随着诸多研究小组的进展，许多磁性纳米粒子的合成方法被开发，最值得注意的是制备磁性氧化铁纳米粒子。就目前的报道来看，已经合成了多种不同成分和结晶形态的氧化铁纳米粒子。磁性纳米粒子的制备方法分为物理方法和化学方法，但由于物理方法制备出来的产品效果不好。通过化学方法来进行制备受到了人们的欢迎。化学方法又主要分为两种，一种是化学气相法还有一种是液相法。化学气相法，又分为气体冷凝法及溅射法等，这些方法适合用于纳米金属颗粒进行合成。液相法，指的是选择适合的可溶性金属盐作为制定解决方案,然后选择一个适当的金属离子沉淀剂均匀沉淀或结晶,而添加的表面改性剂在反应中,从而避免纳米颗粒被氧化[10]。液相法作为常用的方法，具备方便简单、纳米粒子纯度高、分散均匀性好等优点。以下为液相法几种制备过程的详细介绍：
目 录
1 绪论 1
1.1 磁性纳米材料的发展 1
1.1.1 磁性纳米粒子的特性 2
1.1.2 磁性纳米粒子的合成 2
1.1.3 磁性纳米催化剂 4
1.2 氯代硝基苯的催化氢化 5
1.3本课题的研究目标及研究方法 7
2 制备磁性纳米钯催化剂及其对氯代硝基苯的催化氢化性能 8
2.1实验部分 8
2.1.1 仪器与试剂 8
2.1.2 样品分析测试方法 8
2.1.3 GCMS 9
2.1.4 磁性纳米粒子的制备 9
2.1.5 磁性纳米钯催化剂的制备 10
2.1.6 催化剂中钯含量的测定 10
2.1.7 磁性纳米钯催化剂对氯代硝基苯的催化氢化 11
3 实验的结果及其对数据处理 11
3.1 磁性纳米粒子与磁性纳米钯催化剂表征 11
3.2 催化氢化产物的表征 12
3.3催化剂中钯担载量的影响 14
3.4 磁性纳米钯催化加氢氯代硝基苯性能 15
3.5 雷尼镍和钯碳催化剂催化氯代硝基苯加氢还原测试 17
3.6磁性纳米钯催化性能测试 18
3.6.1 磁性纳米钯催化对氯硝基苯的循环使用性能测试 19
3.6.2磁性纳米钯对其它 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
硝基化合物的催化氢化反应的催化效果 20
4 安全技术与环境保护 20
5 经济效益 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
1 绪论
近年来，我国有机合成产业的快速发展（如：药物活性中间体生产，有机合成外包服务等），使各种均相有机催化剂（主要是金属有机配合物）得到了广泛应用。这些均相催化剂在产生巨大经济效益的同时也产生了巨大的污染，例如大量含有催化剂的废物（包括为提纯产品而耗费的大量有机溶剂）。如何将这些昂贵的均相有机催化剂从反应混合物中分离出来，并再次循环使用一直是工业界和学术界希望克服的难题。发展易分离可复用的均相有机催化剂不但能够降低精细有机化学品的生产成本，减少废物排放和环境污染，还能更为有效地利用有限的资源，符合我国绿色环保和可持续发展战略的需要。
从20世纪来到21世纪以后，磁性纳米材料逐渐进入人们的视野[1]。现在通过仔细调节合成条件，大量制备各种不同粒径（522 nm）且粒径分布均一的磁性纳米氧化铁粒子已经成为可能[2]。通过在其上负载非均相催化剂分子能够发展出磁性非均相纳米催化剂，并填补传统均相和非均相催化剂之间的空白。和现有的固相载体相比，磁性纳米粒子具有以下优点：第一，通过适当的表面修饰（表面极性调节），磁性纳米氧化铁粒子能够溶解于不同的溶剂，从而适用于不同的催化环境[3]。第二，纳米级的尺寸使得氧化铁粒子能够在反应溶液中自由移动；而大的比表面积和催化剂分子的表面固定化方式（通过偶联剂）也使催化剂和反应底物分子能够自由接触[4]。这些都有利于提高催化反应的速率和选择性。第三，纳米氧化铁粒子独特的超顺磁特性使其既能够非常简便有效地利用磁铁吸引而从反应混合物中分离出来（无需过滤，离心），也能在撤去外加磁场后立刻恢复到无磁性状态继续溶解于反应溶剂中。这就能够在同一个反应器中连续进行多批次反应，从而节约生产成本和时间。第四，纳米粒子的表面纳米环境可以使固定其上的两个或多个催化剂分子相互靠近，进而协同作用提高催化效能。
1.1 磁性纳米材料的发展
随着诸多科研小组的进入，开发出了很多有关例如FePt合金，纳米Fe3O4等具备单分散和尺寸可控的特性纳米粒子[56]。磁性纳米材料作为横跨化工、制药及生物材料多个学科的研究热门之一, 在化工生产、生物医药有机合成技术、磁共振成像等多个方面应用广阔。随着催化剂、基础材料科学的进步, 有多个研究小组已经可以开发出尺寸和形貌可控的磁性纳米粒子。通过合成、包裹等新技术的运用, 将磁性纳米粒子与带有特定活性点的配体或酶或手性催化剂等其它复杂客体进行负载，设计出多功能的磁性纳米混合体系。这样的磁性纳米材料体系已经在化工、医药、生物等领域的进行了大量应用。
1.1.1 磁性纳米粒子的特性
超顺磁性材料目前发现的不是很多，磁性纳米粒子作为其中的一种。铁磁性物质粒子都有一个临界尺寸，在低于某个临界尺寸时,这些纳米粒子会进行聚集，变成单个粒子。由于能量的高低决定了电子的运动方向,那么磁矩的方向会因为电子能量降低从而发生无定向的偏移。由于其含有铁和亚铁，因此具有超顺磁性[78]。磁性纳米材料不同，因此它的临界尺度也不相同，所以它的超顺磁性的也会不同。例如,张立德研究小组发现的γFe3O4临界尺寸为16nm；Fe3O4粒子临界的尺寸为20nm[9]。
1.1.2 磁性纳米粒子的合成
随着诸多研究小组的进展，许多磁性纳米粒子的合成方法被开发，最值得注意的是制备磁性氧化铁纳米粒子。就目前的报道来看，已经合成了多种不同成分和结晶形态的氧化铁纳米粒子。磁性纳米粒子的制备方法分为物理方法和化学方法，但由于物理方法制备出来的产品效果不好。通过化学方法来进行制备受到了人们的欢迎。化学方法又主要分为两种，一种是化学气相法还有一种是液相法。化学气相法，又分为气体冷凝法及溅射法等，这些方法适合用于纳米金属颗粒进行合成。液相法，指的是选择适合的可溶性金属盐作为制定解决方案,然后选择一个适当的金属离子沉淀剂均匀沉淀或结晶,而添加的表面改性剂在反应中,从而避免纳米颗粒被氧化[10]。液相法作为常用的方法，具备方便简单、纳米粒子纯度高、分散均匀性好等优点。以下为液相法几种制备过程的详细介绍：
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/yyhx/488.html
