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《内蒙古大学》 2018年
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贵金属负载TiO_2催化剂用于光催化部分氧化乙醇及乙醇/甲醇性能研究

陈学涛  
【摘要】:甲醇和乙醇都可由合成气制得,是煤化工重要的下游产品。通过绿色化学工艺将甲醇和乙醇转化成更重要的化工产品,正成为研究热点。以乙醇、甲醇为原料,在接近室温条件下通过光催化技术合成醛类和酯类化合物,对完善光催化有机合成理论具有一定的科学意义,对开发绿色合成新工艺具有一定的现实意义。本文分别制备了系列Ag/TiO_2和AgAu/TiO_2催化剂,对其进行了固体紫外-可见漫反射(UV-Vis)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、比表面积(BET)、X射线光电子能谱(XPS)等表征。考察了催化剂在25-45°C温度范围内紫外光下,光催化氧化乙醇或乙醇/甲醇混合气的催化性能,通过催化剂表征和活性测试结果初步推测了反应机理。综合实验结果如下:1、银与金银合金纳米颗粒能够均匀分布在催化剂表面,金属颗粒尺寸一般在5 nm左右。2、具有5%Ag含量的Ag/TiO_2催化剂在光催化氧化乙醇反应中催化性能最好,乙醇转化率接近100%,乙醛选择性可达70%;在光催化氧化乙醇/甲醇混合气反应中,乙醇和甲醇转化率分别是85%、65%。AgAu/TiO_2系列催化剂中当金银比为3:2时活性最好,在光催化氧化乙醇反应中,乙醇转化率在45°C下接近100%,乙醛选择性超过75%;在光催化氧化乙醇/甲醇混合气反应中乙醇和甲醇转化率分别90%和65%。两组原料气反应主要产物均为乙醛,银催化剂比合金催化剂更有利于丙酮的生成。3、在光催化氧化乙醇反应中,随着氧分压的增加原料乙醇转化率上升;醇氧比为1:2时转化率达到100%;随着原料气流量增加转化率先上升后下降,乙醛选择性上升,丙酮下降,最佳气体流量为40 ml/min。在光催化氧化甲醇和乙醇混合气反应中,随着氧分压的增加原料乙醇和甲醇转化率上升;产物乙醛含量下降丙酮含量上升;当醇氧比为1:3时产物中乙醛消失,丙酮选择性高达60%;乙醇分压增加时,乙醛选择性上升而丙酮选择性则下降;混合气流量上升转化率下降,乙醛选择性上升而丙酮下降。光强度与乙醇和甲醇的转化率成正比例关系。4、紫外光照反应中Ag_2O被还原为单质Ag,与半导体TiO_2形成欧姆接触;在合金催化剂中,光生电子通过界面电荷区域转移至金属。室温下乙醇和甲醇分子吸附在催化剂表面并解离为乙氧基和甲氧基,在紫外光照下乙氧基和甲氧基被催化剂表面空穴氧化为乙醛和甲醛;乙醛在催化剂表面发生缩合经历中间产物3-羟基丁醛、异丙醇等最终转化为丙酮;甲氧基与乙氧基反应生成甲酸乙酯,甲氧基与甲醛生成甲酸甲酯。带负电的贵金属表面将吸附的氧分子解离并溢流至催化剂表面,填补因表面羟基参与反应后留下的氧空位,促进反应持续进行。
【学位授予单位】:内蒙古大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O643.36

【参考文献】
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