高效蒽醌加氢SBA-15分子筛负载Pd催化剂的研制开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

H₂O₂是“最清洁”的化工产品之一，常作为氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氧剂、聚合物引发剂和交联剂，被广泛应用于造纸、纺织、化工、医药、环保、食品、军工等行业。

过氧化氢工业生产方法包括蒽醌法、电解法、异丙醇法以及近年来发展的氢氧直接合成法等，其中蒽醌法是世界上使用最广泛的生产H₂O₂的方法，其原理是以适当的有机溶剂溶解工作物质——蒽醌烷基衍生物配成工作液，在催化剂存在下，用氢气将蒽醌加氢还原，生成氢蒽醌，后者再经空气或氧气氧化，得到过氧化氢，同时氢蒽醌转化为蒽醌。然后用水萃取工作液中的过氧化氢，得到过氧化氢水溶液。这种方法的关键步骤是蒽醌的氢化反应，而催化剂是氢化反应的核心。目前，蒽醌法生产H₂O₂的氢化催化剂主要有镍催化剂和钯催化剂两大类。与镍催化剂相比，钯催化剂具有用量少、活性高、易再生和使用安全等优点，成为国内外许多H₂O₂生产厂家首选的氢化催化剂。氢化催化剂最常用的载体是介孔氧化铝，因为其具有抗压碎强度高，比表面积适中，孔径与孔隙率可调，吸水性好，便于足够多的活性组分负载等优点。

丝光沸石又称发光沸石，其硅铝比高、五元环多，故耐酸性及热稳定性特别高，常温下不溶于酸，同样是常用的催化剂载体。但传统的丝光沸石孔径较小，反应物分子很难进入孔道内部，影响了丝光沸石的催化效率。目前，科学家已经可以通过酸-碱浸提、加入软模板剂（如TPHAC）、加入硬模板剂（如炭黑）等方法改善孔结构，合成具有较高介孔含量的丝光沸石载体。实验证明，经过改良的介孔丝光沸石具有远超传统丝光沸石的催化性能，但介孔丝光沸石在蒽醌氢化上的效果还没有明确的结论。本次研究尝试使用硅胶和铝酸钠分别作为硅源和铝源，使用P123做模板剂，在碱性环境下用水热法合成介孔丝光沸石，并负载Pd、La和Si三种离子，检验其作为蒽醌氢化催化剂的效果，并对比单一的氧化铝和二氧化硅催化剂，探究硅铝复合催化剂是否比单一的硅、铝催化剂在活性、选择性或稳定性上更有优势，从而为蒽醌氢化催化剂的制备探寻一条新路。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：本次研究主要工作是制备丝光沸石的催化剂载体，在这种载体上负载pd、la和si，制成蒽醌氢化的催化剂，使用x射线粉末衍射（xrd）、傅里叶变换红外光谱（ft-ir）、扫描电镜（sem）和n2吸附-脱附等表征和分析手段，检测催化剂结构性能，并直接用氢化实验检验这种催化剂的催化效率；同时将丝光沸石的催化效率与纯硅、纯铝载体催化剂进行比较，观察其优劣。

目标：制备出具有介孔结构、具有优秀催化效果的丝光沸石催化剂，并通过多种表征手法，证明其性能要强于纯硅、纯铝载体催化剂。

技术方案：

实验分为四组实验组11.取10ml h2o，0.84g naoh，5.6g混合后搅拌至形成均一溶液，得溶液a；2.取5ml h2o，0.7g naoh，1.0g naalo2，混合后搅拌均匀，得溶液b；3.在溶液a中后加16.8g ddw，将溶液b与溶液a混合，搅拌1小时。4.将溶液转移至100ml高压釜中，在170℃结晶24小时，之后取出固体，用抽滤法/离心法（视所得颗粒细度而定）过滤、洗涤，在110℃下干燥12小时，在550℃下焙烧4小时。实验组21.取10ml h2o，0.84g naoh，5.6g混合后搅拌至形成均一溶液，得溶液a；2.取5ml h2o，0.7g naoh，1.0g naalo2，混合后搅拌均匀，得溶液b；3.在溶液a中后加16.8g ddw，将溶液b与溶液a混合，搅拌1小时。4.在混合后的溶液中加入1.0g p123，将溶液转移至100ml高压釜中，在170℃结晶24小时，之后取出固体，用抽滤法/离心法（视所得颗粒细度而定）过滤、洗涤，在110℃下干燥12小时，在550℃下焙烧4小时。实验组31.量取2.3ml 正硅酸乙酯，加入70ml ph=1的hno3溶液，磁力搅拌形成均匀溶液。2.将此溶液转移至100ml水热釜中密封，于110℃下静态反应24h。3.取出溶液，用hno3调节ph=3.0至3.5，室温下自然老化4h。倒去上层清液，将所得沉淀分别于6000r/min下离心分离5min，用蒸馏水反复洗涤沉淀、离心分离（转速为6000r/min）至中性。4.取出沉淀，移至干燥箱中，于110℃下干燥过夜（10h）。将固体移至马弗炉中于500℃下焙烧4h，升温速率为4℃/min。实验组41.量取2.3ml 正硅酸乙酯，称取1.0g p123模板剂，混合后加入70ml ph=1的hno3溶液，磁力搅拌形成均匀溶液。2.将此溶液转移至100ml水热釜中密封，于110℃下静态反应24h。3.取出溶液，用hno3调节ph=3.0至3.5，室温下自然老化4h。倒去上层清液，将所得沉淀分别于6000r/min下离心分离5min，用蒸馏水反复洗涤沉淀、离心分离（转速为6000r/min）至中性。4.取出沉淀，移至干燥箱中，于110℃下干燥过夜（10h）。将固体移至马弗炉中于500℃下焙烧4h，升温速率为4℃/min。

3. 研究计划与安排

第3周～第4周：按设计方案进行初步实验；

第5周～第10周：制备丝光沸石载体，负载活性组分pd并检验催化剂的氢化效率

第11周～第12周：对所制备样品进行x射线粉末衍射（xrd）、红外光谱（ft-ir）、扫描电镜（sem）和n2吸附-脱附等表征测试，分析其物相、形貌和织构性质等主要物理化学性质；

第13周～第15周：视情况补充必要的实验，撰写并修改毕业论文，准备论文答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

1. 王俊杰, 张俊, 马奔, 饶贵久, 姚艳敏, 张云众. 蒽醌法生产过氧化氢用催化剂研究进展. 化学推进剂与高分子材料, 2011, 9(6), 44-49.

2. 崔建华, 韩金玉, 刘国柱. 2-乙基蒽醌加氢用新型钯催化剂研究进展. 化学推进剂与高分子材料, 2008, 6(2), 5-10.

3. 杜书伟, 王榕, 林炳裕, 魏可镁. bao对蒽醌氢化制过氧化氢pd/al2o3催化剂性能的影响. 催化学报, 2008, 29(5), 463-467.（有催化剂中pd含量的分析方法）