收藏本站
收藏 | 论文排版

具有相转移催化功能磁性纳米粒子结构优化及应用

崔新爱  
【摘要】:液-液两相催化反应因其环境友好性已得到迅速的发展。然而,解决两相反应体系底物接触以及催化剂回收等难题仍具有很大的挑战性。围绕这些问题,相继出现了许多新方法和新技术,如温控相转移催化剂、乳液相转移催化剂体系以及固载型催化剂等。为此本课题组也曾提出以水凝胶为模板负载相转移催化剂,制备类似胶束结构的、适用性更广的复合微反应器。研究结果表明,此类微反应器在两相催化反应中具有良好的催化效果,且对极性产物具有一定的萃取功能。与此相关的研究为两相催化反应开辟了新途径。然而,前期研究发现:较大的微反应器因不利于传质而影响催化反应效率。作为本课题组前期工作的继续,本研究拟制备适于过氧化氢催化氧化深度脱硫两相反应的易回收纳米尺寸微反应器,并对其催化反应性能进行系统研究,期望为有效提高微反应器催化反应效率开辟新途径。 基于以上的研究目的与意义,本论文的工作主要从以下两个方面展开: 一、磁性纳米粒子/水凝胶/相转移催化剂微反应器的构筑及性能研究 利用反相乳液体系制备磁性纳米二氧化硅(Magnetic Silica Nanoparticles, MSN),以有机硅氧烷对其修饰,使MSN表面富含双键,通过过硫酸钾(KPS)引发丙烯酰胺(AM)和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(BA)交联聚合,在MSN表面包裹一层水凝胶PAM。以磁性纳米水凝胶Fe3O4/SiO2/PAM (MHN)为模板,利用浸渍法将硅氧烷季铵盐3-三甲氧基硅基丙基十八烷基N.N-二甲基氯化铵(18QAS)通过网络互穿以及氢键作用负载于MHN上,最后通过18QAS与双核过氧钨酸钾(W2)之间的离子交换作用制备得到磁性纳米微反应器MHN/18QAS-W2。利用X射线衍射仪、红外光谱仪、热重分析仪、透射电子显微镜、能谱仪、振动样品磁强计等多种表征仪器对微反应器各阶段的结构和组成进行了表征。以过氧化氢氧化十氢萘中的二苯并噻吩(DBT)为模型反应,对制备得到的微反应器MHN/18QAS-W2的催化氧化行为进行系统研究,探讨影响此微反应器催化效果的关键性因素。 实验结果表明: 所制备的MHN尺寸为纳米级,具有核-壳结构和超顺磁性。成功构筑的磁性微反应器MHN/18QAS-W2具有较好的催化脱硫性能和产物萃取功能,影响其催化效率的主要因素是DBT的初始浓度,且此微反应器具有超顺磁性,反应完成后可通过外磁场迅速分离。由于MHN与18QAS-W2之间弱的相互作用,导致重复使用的微反应器MHN/18QAS-W2稳定性较差。 二、磁性纳米粒子/相转移催化剂微反应器的制备及性能研究 1)磁性纳米粒子/磷钨酸十八烷基季铵盐相转移催化剂 为了增强相转移催化剂与载体之间的相互作用力,以提高其稳定性,实施了以18QAS水解产物与二氧化硅表面Si-OH之间的缩合作用,将硅氧烷季铵盐以共价键形式固载于磁性纳米二氧化硅表面的策略。经18QAS与磷钨酸(PTA)之间的离子交换作用,获得两相反应微反应器MSN/18QAS-PTA。利用透射电镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪、红外光谱仪、振动样品磁强计、视频接触角测定仪对微反应器MSN/12QAS-PTA的结构、组成以及特殊性能进行表征。以过氧化氢氧化十氢萘中的二苯并噻吩为模型反应,探讨微反应器MSN/18QAS-PTA应用于两相反应的可行性,系统研究了各种因素对微反应器催化效果的影响规律。 实验结果表明: 微反应器MSN/18QAS-PTA为明显的核-壳结构,具有双亲性与超顺磁性。此微反应器在温和条件下可催化过氧化氢氧化DBT生成其对应的砜,催化性能优越,在最佳优化条件下,体系硫含量可从487~2800ppm降低到0.8ppm。纳米颗粒表面合适的催化剂固载量以及过氧化氢的使用量是决定MSN/18QAS-PTA颗粒催化性能高低的主要因素。此双亲性催化剂和产物可同时在外磁场作用下从体系中分离出来。与上一章使用磁性纳米水凝胶为模板制备的微反应器MHN/18QAS-PTA相比,MSN/18QAS-PTA在回收再利用方面具有明显的优势,其催化性能具有很好的稳定性,重复使用四次仍保持良好的催化效果。 2)磁性纳米粒子/磷钨酸十二烷基季铵盐相转移催化剂 为了探讨相转移催化剂本身烷基链长短对微反应器性能的影响,合成烷基链更短的3-三乙氧基硅基丙基N,N-二甲基十二烷基氯化铵(12-QAS),通过水解缩合反应将其固载于MSN表面,并以其作为季铵盐与PTA发生离子交换作用,制备得到相应的两相反应微反应器MSN/12QAS-PTA。利用核磁共振、红外光谱等手段对12QAS进行表征,利用透射电镜、红外光谱、热重、视频接触角、X射线光电子能谱、振动样品磁强计对复合微反应器的各阶段进行结构、组成及特殊性质表征。探讨微反应器MSN/12QAS-PTA应用于过氧化氢氧化十氢萘中的二苯并噻吩的各种影响因素。 实验结果表明: MSN/12QAS-PTA为核-壳结构,具有超顺磁性且表面亲/疏水性可调。此催化剂的设计思路可行,它在催化氧化脱硫中有着良好表现,它集催化与萃取于一体,可将500~3000ppm浓度范围内DBT氧化脱除到5ppm以下。MSN/12QAS-PTA表面的催化剂固载量以及过氧化氢的使用量是决定其催化性能高低的主要因素。此催化剂具有稳定的催化性能,循环使用五次后,催化效率仍然很高。这一研究为制备具有不同亲/疏水性两相催化微反应器建立一种新方法,对拓展该方法的应用具有积极意义。 综上所述:以磁性纳米水凝胶或磁性纳米二氧化硅为模板,在其表面负载杂多酸季铵盐,构筑应用于两相反应的微反应器是切实可行的。根据实验结果得知所制备的微反应器确实具有预想的各种性质与功能,三种微反应器不仅具有高的比表面积,良好的催化性能和一定的极性产物萃取功能,而且都具有超顺磁性,分离过程简单易行。复合微反应器各种功能的体现主要源于对其组成与结构的巧妙设计。在结构型两相催化微反应器的构筑与性能研究过程中,本论文不仅着力于提高相转移催化反应传质效率,而且关注催化剂和反应物在空间上的有效分布,以达到提高催化反应效率的目的。由该研究所得到的启示,对于新型纳米催化材料的制备具有重要意义,尤其是对于设计应用于物种分布极为复杂的液-液两相催化反应的固载型催化材料更具参考价值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 宋克敏;李记太;;聚乙二醇——一种方便而有效的相转移催化剂[J];河北化工;1984年03期
2 张必良;项丰顺;胡亚平;胡博军;;相转移催化作用——溴酸盐氧化烯烃[J];浙江师范大学学报(自然科学版);1986年01期
3 张先亮;黄婷;段和平;;具醚链和长链烷基聚硅氧烷的合成及催化作用[J];武汉大学学报(理学版);1986年01期
4 陈邦俊;对硝基苯甲醚的新的合成方法[J];化学世界;1990年12期
5 黄世伟;刘萍;;芳氧基乙酸的快速合成[J];化学试剂;1992年05期
6 廖咸馨;胡建立;;2,3,3-三甲基-3H-吲哚甲基化新工艺的研究——相转移催化在N-甲基化反应中的应用[J];化学世界;1992年10期
7 邱强;朱瑞芬;;新洁而灭在苄酯合成中的催化作用[J];宁波化工;2000年02期
8 李惠萍,李雪平,蒋登高,孙晓波;2-氯-1-氟-4-硝基苯的相转移催化合成研究[J];郑州轻工业学院学报(自然科学版);2005年03期
9 汪斌;周振萍;;相转移催化法制备生物柴油[J];化工时刊;2006年09期
10 赵丽华;延锦丽;;相转移催化法合成三甲基氯硅烷[J];山东化工;2007年06期
11 沈广志;邹桂华;才玉婷;吴宜艳;;消炎镇痛药贝诺酯的合成[J];辽宁化工;2009年02期
12 沙鴻;俞明兴;張朝章;;氯氰菊酯的合成研究[J];安徽大学学报(自然科学版);1984年01期
13 张大德;;国外相转移催化重氮偶合反应的研究[J];染料与染色;1988年02期
14 熊丽曾;刘志昌;俞凌翀;;相转移催化双Michael缩合反应合成螺环化合物[J];北京师范大学学报(自然科学版);1989年03期
15 吴百乐,路亦景;新型高效相转移催化剂在二氯卡宾制备中的应用[J];应用化学;1990年03期
16 李志鸿;王桂兰;李毅;黄有;;异戊酸制备新方法的研究——在PTC存在下间接电解氧化异戊醇[J];河南师范大学学报(自然科学版);1990年02期
17 俞善信;杨建文;;聚苯乙烯固载聚乙二醇催化合成二茂铁[J];化学世界;1991年07期
18 张国升;张懋森;;相转移催化在苯乙哌啶中间体合成中的应用[J];化学试剂;1992年02期
19 贾长宽,陈子康,俞凌翀;固-液相转移催化条件下樟脑酰亚胺的N酰基化反应[J];内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版);1993年02期
20 曲荣君,吕建涛,孙言志;新型3一辛氧基一2一羟丙基一N,N一二乙基苄基氯化铵相转移催化剂的合成[J];山东师大学报(自然科学版);1994年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 曹艳平;郑修鹏;李博;冯西桥;;测量微/纳米纤维弹性模量的屈曲方法[A];北京力学会第十六届学术年会论文集[C];2010年
2 毛健;赵立涛;程鹏;李华峰;陈国需;;纳米La_2O_3或CeO_2添加对TiO_2-SiO_2润滑添加剂磨擦修复特性的影响[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
3 肖旭贤;黄可龙;杨珉;何琼琼;;季铵盐纳米磁粒杀菌剂的研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
4 田惠文;李伟华;侯保荣;;纳米SiO_2改性环氧涂层电化学阻抗谱研究[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第三卷)[C];2010年
5 徐舒涛;张维萍;李新;刘宪春;韩秀文;包信和;;甲醇在一维纳米限域体系扩散动力学的HP ~(129)Xe NMR研究[A];第十六届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];2010年
6 周涛;贺贝贝;江涵;王宁;;化学沉淀法制备纳米CeO_2的工艺研究[A];中国颗粒学会超微颗粒专业委员会第五届年会暨海峡两岸纳米颗粒学术研讨会论文集[C];2007年
7 陈旭;黄瑜;李亮;;聚吡咯纳米回形针的合成与性能[A];第九届全国微型化学实验研讨会暨第七届中学微型实验研讨会论文集[C];2011年
8 童曼;杜江坤;鲍建国;袁松虎;;微孔滤膜负载纳米Pd/Fe对五氯酚的降解研究(英文)[A];持久性有机污染物论坛2011暨第六届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2011年
9 刘恒权;姚素薇;宋仁峰;唐建军;张卫国;王宏智;李荣先;;光诱导转化法制备单晶Ag纳米三棱体和立方体[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
10 高维珏;卞晓锴;陆晓峰;施柳青;林红军;;纳米TiO_2对不同材料超滤膜结构与性能的影响[A];第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 崔新爱;具有相转移催化功能磁性纳米粒子结构优化及应用[D];陕西师范大学;2012年
2 张贵军;聚丙烯酸酯/纳米氧化锡锑复合乳液的制备、表征及其在透明隔热涂料中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
3 陆洪彬;不锈钢表面高性能纳米防护涂层研究[D];南京大学;2011年
4 任浩;纳米及表面吸附体系的第一性原理研究[D];中国科学技术大学;2010年
5 汪超;磁场中Ni-纳米Al_2O_3复合镀层制备及其电沉积机理的研究[D];上海大学;2011年
6 葛性波;纳米多孔金属薄膜的制备与电催化性能[D];山东大学;2011年
7 何典;一维纳米功能材料的静电纺丝制备及其性能研究[D];中国科学技术大学;2010年
8 贾鑫;飞秒激光制备半导体表面纳米周期结构[D];华东师范大学;2010年
9 唐玮;皮肤的纳米生物摩擦学行为研究[D];中国矿业大学;2010年
10 张景红;人工影响天气纳米催化剂粉体的制备与成冰性能研究[D];吉林大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 齐俊杰;水溶性刺激响应碳纳米角的制备与表征[D];天津大学;2010年
2 杨微;纳米二氧化钛的复合改性及其光催化性能的研究[D];沈阳工业大学;2010年
3 杜洁;掺杂纳米碳化硅薄膜的制备及光学特性研究[D];河北大学;2008年
4 王艳明;镍氢电池正极材料纳米氢氧化镍的合成新方法研究[D];天津大学;2010年
5 李伟;聚合物/氢化钛制备纳米鳞片与复合涂膜防腐性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 张宝华;低维纳米超结构材料的可控合成及其性能的研究[D];广西师范大学;2011年
7 李娇莉;退火方式对生物成像用红色纳米磷光材料性能的影响[D];东北师范大学;2011年
8 朱元清;在球形聚合物刷反应器中制备纳米贵金属及其催化活性研究[D];华东理工大学;2012年
9 梁莹;纳米四氧化三钴的制备及其与聚苯胺的电化学复合[D];东北大学;2008年
10 姜晨光;微/纳米生物复合纤维的电纺制备及其表征[D];北京服装学院;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李斌 沈路涛;纳米离我们并不遥远[N];安徽经济报;2000年
2 科言;纳米是怎么回事?[N];中国妇女报;2002年
3 林小春 姜岩;科学家呼吁走出“纳米热”的误区[N];中国化工报;2002年
4 黎昌政;我国科学家首创纳米硫[N];中国矿业报;2002年
5 本报特约记者 周建;“纳米布”陷入炒作[N];大众科技报;2000年
6 本报记者 文成;纳米如何冲破产业化瓶颈[N];中国高新技术产业导报;2000年
7 本报记者 沐清;纳米产业并不遥远[N];中国高新技术产业导报;2002年
8 本报记者 肖巍;标准之争暴露中国纳米业“痼疾” 上市公司投资“雷声大、雨点小”[N];中国高新技术产业导报;2002年
9 张永胜;有一种水叫“纳米水”[N];光明日报;2002年
10 本报记者 徐晓宁;纳米眼球还不能让盲人复明[N];健康报;2000年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978