论文部分内容阅读
合成气的生产和应用在化学工业中具有极为重要的地位,而甲烷部分氧化制合成气具有设备投资少、能耗低、H2/CO比例适中等优点,适合甲醇合成及费托合成。纳米材料因其独特的性质而在多相催化领域中受到青睐,但是纳米粒子在高温条件下不稳定,易发生聚集。核壳结构材料因其特殊的结构和物理化学性质而受到广泛关注。在金属纳米粒子的外面包裹一层多孔而且稳定的SiO2,不但可以改变纳米材料的表面电荷密度、反应性能,而且可以提高它的热稳定性。另一方面,若将金属纳米粒子负载在硅球、聚苯乙烯或碳球的表面或是引入球体内部,可以提高金属纳米粒子的分散度,并减少其聚集程度,从而提高反应的效率。本论文对以下二个方面进行了研究：一是Ru@SiO2、Ni-Ru@SiO2核壳结构纳米催化剂的制备及甲烷部分氧化制合成气；二是不同尺寸碳球负载Ag、Au纳米复合粒子的制备及催化还原对硝基苯酚。通过研究,获得了以下结论：1.以还原法、沉淀法制备出核壳结构的RuO2、Ni-Ru-O纳米粒子内核(10-40nm),以溶胶-凝胶法在核的外面包裹一层微孔的Si02(厚度10-20nm),再通过原位氢气还原得到核壳结构的Ru@SiO2、Ni-Ru@SiO2核壳结构纳米催化剂。2.核壳结构催化剂的性能与内核粒子的化学组成有关,研究发现,在甲烷部分氧化制合成气反应中,非贵金属镍基催化剂的活性高,但由于镍本身容易积炭,催化剂存在失活而使其应用受到限制。而钌基催化剂不仅活性高而且稳定性较好,不易积炭。3.制备的xNi-Ru@SiO2(x=0.1,0.5,2,5,20)双金属核壳催化剂中,5Ni-Ru@SiO2的催化性能最佳,稳定性也好,可以有效降低贵金属用量(可以大幅降低催化剂成本)的同时,保持催化剂的高活性及高稳定性。4.通过对催化剂的表征,我们认为核壳结构材料之所以具有高活性,是由于其独特的结构造成的。金属氧化物内核还原以后,使得在核与壳之间出现空隙,形成微囊反应器,增加了反应物与催化剂表面的接触时间,从而提高了反应效率。5.通过调变制备温度、葡萄糖浓度、反应时间等条件,获得了分散均匀,尺寸不同的(100-300nm)碳球。6.通过调节硝酸银浓度、分散剂种类,针对不同粒径大小的碳球,优化了负载Ag的制备条件。7.考察了不同粒径碳球上载Ag的复合纳米粒子C140-Ag、C200-Ag、C300-Ag和C200-Ag-Au催化还原对硝基苯酚目标反应,发现C300-Ag及C200-Ag-Au催化性能较佳,并探讨了可能原因。