铜、锌锡掺杂的MCM41的合成、表征及催化性能

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1、硕士学位论文摘要由于纯MCM-41骨架中晶格缺陷少，缺乏B酸和L酸中心，使其催化应用受到限制。通过浸渍或直接合成法在MCM-41孔道或骨架中引入其它元素以增加缺陷数量，提高表面酸碱性和氧化还原性，从而改善其催化活性是新的热门课题之一。苯酚、苯二酚是重要的精细化工原料，其传统制备方法存在合成路线长、原料消耗大、三废污染严重等缺点，故开发新型经济、绿色环保的直接羟基化多相催化剂具有重要的现实意义。目前文献报道主要集中在单组分掺杂且掺杂含量较低（杂原子与硅原子的摩尔比一般不超过0.1），本论文研究了高铜含量以及锌锡双金属掺杂的MCM-41的合成、表征及其催化性能。主要

2、结果如下：1.在前期已成功合成系列高铜含量（Cu含量最高可达26.0wt.%）且铜原子主要处于介孔骨架中的Cu-MCM-41的基础上，考察高铜含量MCM-41在苯过氧化氢直接羟基化制备苯酚反应中的催化性能，详细研究了铜含量，催化剂用量，溶剂种类，反应物摩尔比，温度以及时间等对催化剂活性的影响。在最佳反应条件下，苯转化率52.9%，苯酚选择性58.9%。苯酚的收率可达31.2%，而文献报道浸渍法制备的低铜含量MCM-41作为催化剂时的苯酚收率仅为5.8%。2.考察不同元素作为助剂对苯羟基化反应性能的影响，结果表明B、Al、Ga作为助剂可增加催化剂表面酸性，从而大大

3、提高苯酚的选择性（催化剂1B20Cu和1Al20Cu可使苯酚选择性高达100%）；具有氧化活性的元素Cr、V作为助剂可在一定程度上提高苯的转化率，而其它元素作为助剂却使得催化剂活性下降，尤其是Ti和Zr的掺杂使活性下降得最快。3.采用直接水热合成法成功制备了一系列不同含量的锌锡双金属同时掺杂的介孔MCM-41；ICP﹑XRD、TG-DTA﹑FTIR﹑HRTEM以及低温N2吸附等表征技术表明合成的材料具有典型的六方介孔结构，比表面高，孔分布窄，热稳定性较高，且锌锡可能进入介孔MCM-41骨架中。4.初步研究了锌锡双金属掺杂的MCM-41在苯酚直接羟基化制备苯二酚反

4、应中的催化性能，考察体系pH值、反应温度、反应时间、反应物摩尔比等因素对反应结果的影响。结果表明，该新型介孔材料在苯酚羟基化反应中表现出良好的催化活性，其中，2Sn5Zn催化剂活性最高，在最佳反应条件下，即以水为I摘要反应介质，pH＝2,反应温度为75,℃反应时间为6h，苯酚/H2O2＝1（摩尔比）时，苯酚的转化率可达56.8%，而苯二酚的选择性为51.5%。关键词：铜/锌锡掺杂MCM-41芳烃羟基化催化性能II硕士学位论文ABSTRACTTheuseofpureMCM-41materialascatalystsislimitedbyitslackofsuffi

5、cientacidityandredoxproperties.Inrecentyears,attentionhasincreasinglybeenpaidforthestudyofintroducingheteroatomsintomesoporousstructuresintwodifferentways:impregnationanddirectsynthesis,whichcouldcreateacidicsitesorendowsitesforredoxreactions,therebyimprovethecatalyticperformances.Ph

6、enolanddiphenolareveryimportantchemicalintermediatesforfineindustries,whosetraditionalprocessesarenotecologicallyandenvironmentallyacceptablebecauseofmanydrawbackssuchasmultistepsyntheses,heavyconsumptionofrawmaterialandhighpollution,soitisimportanttodevelopnoveleco-friendlyheterogen

7、eouscatalystsforthehydroxylationofaromatichydrocarbons.Mostoftherelatedliteraturesareconcerningwithmono-heteroatommodifyMCM-41inwhichtheheteroatomcontentsarelow(themolarratioofheteroatom/Siislowerthan0.1).Inthisthesis,thesynthesis,characterizationandcatalyticperformanceofCu-MCM-41con

8、taininghighc