高效金屬催化劑的制備及金屬與酶共催化性能的研究.pdf

1、催化即通過催化劑改變反應物的活化能,改變反應物的化學反應速率,催化劑的質和量在反應前后均不發(fā)生改變的反應。研究和運用催化方法可以大幅度降低產品成本,提高產品質量,保護環(huán)境和更好地利用資源。本論文的思想是采用納米材料制備技術,制備出高比表面積、高催化活性和選擇性的高效催化劑。利用化學還原法制備出非晶態(tài)合金催化劑,因非晶態(tài)合金屬于納米催化劑,是一種介于晶態(tài)和無定形物質之間的特殊材料,具有長程無序而短程有序的結構。使用化學還原方法可以調變合金

2、的組成和獨特的結構,使得催化劑具有優(yōu)良的催化活性、選擇性。且在制備過程中具有環(huán)境污染少,催化效率高等優(yōu)點,符合當今化工生產中節(jié)能環(huán)保的科學理念以及發(fā)展趨勢,日益引起人們的重視。
　　 本論文采用化學還原法制備出不同組成、不同結構的非晶態(tài)合金催化劑,并研究不同組成或不同結構對催化活性和選擇性的影響。最后一部分將金屬催化劑與生物酶相結合,用于催化生物質(糊精)的轉化,研究金屬與酶共催化的特點。全文圍繞不同的研究方向主要開展了以下幾方

3、面的工作:
　　 (1)通過在低溫高攪拌速度的條件下,以高濃度的KBH4溶液還原InCl3溶液的方法制備出熱穩(wěn)定性好、比表面積高、催化活性好的In-B非晶態(tài)合金催化劑。通過XRD、TEM、BET、XPS、DSC等測試手段,證明了該催化劑具有非晶態(tài)合金的結構。通過攪拌轉速的改變可以觀察到該材料由晶態(tài)到非晶態(tài)合金的轉變,高速攪拌下制備的材料為顆粒較小的納米粒子。通過催化水相中的苯甲醛或者苯乙酮與3-溴丙烯的Barbier反應考察了I

4、n-B非晶態(tài)合金催化劑的催化活性,實驗表明該催化劑具有較高的催化活性。
　　 (2)在甲苯、十二烷基苯磺酸鈉和水組成的微乳體系中,使用KBH4還原Ni2+,制備出具有中空結構的Ni-B納米球。并通過XRD、TEM、BET、XPS、DSC等表征方法,證明了中空結構的Ni-B的微觀形貌以及具有非晶態(tài)合金的性質。制備中十二烷基苯磺酸鈉起主導作用,主要因為表面活性劑存在親水基和疏水基,親水基可以吸附溶液中的Ni2+。通過催化間二硝基苯加

5、氫制備間苯二胺的反應考察催化劑的活性,中空結構的Ni-B表現(xiàn)出比普通Ni-B和Reney Ni具有更好的催化活性和選擇性。
　　 (3)將加氫催化劑與生物酶相結合,用于糊精水解加氫制備山梨醇。首先通過考察糖化酶對糊精水解的影響因素,確定適合酶催化的溫度、pH值、金屬顆粒用量等范圍,便于后期與金屬催化劑的匹配。在加氫催化劑存在時選定出較為適合酶催化的條件進行水解加氫實驗。通過對催化劑的篩選,尋找出催化性能較好的加氫催化劑,得到較高