探究镍基催化剂在生物质加氢反应中的应用及水滑石材料的特性

探究镍基催化剂在生物质加氢反应中的应用及水滑石材料的特性

【摘要】：镍基催化剂在反应过程中存在结构塌陷、活性组分失活等问题，以氧化铝为铝源原位生长水滑石，并在其表面负载钌纳米粒子，实现钌纳米粒子的高分散性，用于生物质平台分子5-羟甲基糠醛的选择性加氢性能研究。此外，制备了三元镍铜铝水滑石，通过煅烧还原得到高分散的镍铜双金属催化剂，用于生物质衍生物乙酰丙酸乙酯的氢转移加氢性能研究。水滑石（LDHs）是一种二维层状材料，由于组成元素及配比可调、制备方法丰富、催化活性优异，受到科研人员的广泛关注，目前已在催化、光电、环境污染、阻燃、生物传感、医学等领域引起科研人员的深入研究。 本文采用原位生长法制备了镍铝水滑石（NiAl-LDHs），利用水滑石载体的丰富孔隙，通过硼氢化钠还原法高分散性地负载钌纳米粒子，制备的催化剂用于研究5-羟甲基糠醛的选择性加氢性能。另外，合成了三元镍铜铝水滑石（-LDHs），采用煅烧还原法制备了镍铜双金属催化剂，催化剂的结构仍能保持。将该催化剂用于研究氢转移法乙酰丙酸乙酯的加氢性能，并进一步分析了催化剂的结构与活性之间的关系。（一）原位生长法制备的NiAl-LDHs材料表面含有大量羟基，采用硼氢化钠一步还原法将钌纳米粒子负载在NiAl-LDHs表面。 XRD、SEM、HRTEM、BET、XPS等表征方法证明，钌纳米粒子均匀分散在载体表面，且钌纳米粒子与载体之间的相互作用很强。另外，NiAl-LDHs丰富的孔结构和高的比表面积有利于贵金属钌的高度分散。特别是制备的Ru/NiAl催化剂在氢气为氢源的条件下，能高效催化5-羟甲基糠醛生成2,5-二甲基呋喃，且催化剂重复使用五次后催化活性没有明显下降。（二）采用原位生长法制备三元镍铜铝水滑石（-LDHs）前驱体，经煅烧、还原后合成了高分散的镍铜双金属催化剂。 利用XRD、STEM、BET、TPD、FT-IR、XPS等表征方法分析了催化剂结构与活性的关系。结果表明，催化剂中高分散的镍铜双金属纳米粒子及催化剂表面酸性和碱性位的协同作用使得镍铜双金属催化剂在常压氮气、异丙醇为氢源（220℃ atm N2）条件下能够高效催化乙酰丙酸乙酯氢转移加氢制备γ-戊内酯，且催化剂重复使用5次后催化活性无明显下降。