巰基功能化介孔材料高效錨定鈀負載型催化劑的制備及性能研究

柴勇利（河南省化工研究所有限責任公司，河南鄭州 450000）

巰基功能化介孔材料高效錨定鈀負載型催化劑的制備及性能研究

柴勇利
（河南省化工研究所有限責任公司，河南鄭州 450000）

介孔材料具有高比表面、規則孔結構、可調孔徑以及化學穩定性的特點，因為被廣泛應用于催化、吸附、分離、化學傳感器以及生物醫藥領域。首先對介孔材料進行了概述；其次，對介孔材料在催化方面的作用進行了研究；最后，利用實驗來對巰基功能在介孔材料催化劑的性能進行了研究。

巰基；介孔材料；性能研究

隨著社會經濟的不斷發展，一些行業會排放出大量的有毒物質，對于人們的健康造成了一定的威脅。在此種情況下，具有核殼結構的磁性介孔硅材料受到了人們的廣泛關注，可以利用其選擇性吸附性的功能進行有效吸附，從而使其對污染物材料進行快速的移除活動，實現了材料的多功能化，在提升吸附效率的同時，也拓展了其材料的應用范圍。

1　介孔材料的概述

介孔材料，屬于在傳統的微孔沸石和大孔氣凝膠材料基礎上發展而來的一種新型的對孔材料，其中的微觀孔道和管道團在復合的情況下可以產生新型的結構和表面的狀態，從而使得其中的結構中的分子具有良好的通透性和高效的吸附性能，通常被用來作為吸附劑以及催化劑的載體。

2　介孔材料在催化方面的作用

介孔硅材料本身不具有催化活性位點，但是其具有的大比表面可以負載催化劑來賦予材料催化反應性能，可調孔徑和開放的骨架整體結構可以在很大程度上為分子提供對應的傳輸通道，與此同時，表面的硅巰基可以提供大量功能化位點。在現階段，將催化活性物質加入到介孔硅材料當中，可以利用在介孔材料合成的時候進行其他雜原子的引入，也可以利用離子交換的方式來將金屬離子進行引入，還可以在介孔孔道當中進行活性組分的負載，最后還可以對介孔材料的表面進行功能化［1］。

3　實驗研究

3.1催化劑的制備

本文介紹了巰基修飾介孔材料載體的制備方式，稱之為-SH。在進行催化劑的制備的時候，需要將100mg的MCM-41材料或者SAB-15材料進行分散的融入到10ml的甲苯溶液當中，并且在其中加入100μL的三甲氧基硅烷材料，在80℃回流24h，在保持24h之后，就會得到固體，將得到的固體粉末進行過濾，利用無水乙醇將其進行充分的洗滌，進行真空干燥之后就會得到相對應的固體粉末，在此種情況下所得到的物質就稱之為MCM-41物質和SBA-15物質，成為SH-MCM-41和SH-SBA-15［2］。

3.2催化劑的表征

對催化劑利用XD-3A型的X射線衍射儀對催化劑進行分析，在進行分析的時候，其中的電壓需要達到40kV，其中的電流保持在30mA。對其催化劑的吸附功能進行測試的時候，需要利用物理分析儀進行充分分析，進行測試之前需要將測試的樣品在120℃的真空環境之下進行處理，并且保持在24h的范圍之內，之后就可以利用紅外光譜儀來對介孔材料當中表面基團特性進行分析，通過透射電鏡表征在電子顯微鏡上進行完成，并且保持電壓加速到220kV。當吸附類的物質和重金屬離子之后，小角XRD譜圖當中可以看出特征峰的存在，就表示吸附過程并未對介孔結構造成破壞，但是衍射峰有向高角度方向移動的趨勢，就說明吸附過程后的樣品的晶格參數在減少。

3.3催化劑的評價

對催化劑進行評價的時候，需要將1.0g的苯酚和0.2g的Pd催化劑以及10mL的二氯甲烷加入到50mL的帶聚四氯乙烯內襯當中，并且將其放置到攪拌裝置的反應釜當中進行攪拌測試。在對樣品進行測試之前，首先需要利用H2將反應釜內部的空氣進行充分置換，置換的次數需要保持在3次，隨后加入一定壓力的H2。之后就可以將其中的溫度上升到80℃，將其中的壓力調節到1.0MPa的范圍內，將反應釜內部的攪拌進行開啟，就可以對反應進行計時的準備。在反應過程當中，等到反應1h之后，就需要將反應所得到的產物和催化劑進行充分分離，之后利用氣質聯用色譜來對反應所得到的產物進行定性的分析。

3.4結果與討論

首先對載體和催化劑的表征結果進行分析，通過實驗，可以得出樣品如果處于小角度的范圍之內出現一個比較強烈的晶面衍射峰以及兩個相對較弱的晶面衍射峰的話，該樣品當中的長程序有效結構就會處于良好的狀態內。在上述的實驗當中，催化劑以及材料當中都出現了典型的介孔材料的衍射峰，在經過催化劑的基團修飾之后所產生的樣品晶面衍射峰已經出現了逐漸向大角度偏移的現象。在樣品的吸附曲線孔徑當中，所產生的催化劑都具有典型的吸附曲線，充分證明了經過基團修飾之后所產生的催化劑保持著較高程度的比表面積，對于Pd的高度分散是十分有利的。在MCM-41和SBA-15系列的樣品當中，對于N2等溫吸附脫附曲線以及孔徑分布曲線來說，都具有典型的IV型吸附曲線，沒有出現滯后環，如圖1所示。并且SBA-15，SH-SBA-15和Pd-SH-SBA-15樣品當中的吸附脫附曲線也是呈現出IV型的狀態當中，并且在0.5到0.8的位置處出現了H1型滯后環，充分說明了其具有介孔結構，在經過-Sh修飾過后的MCM-41和SBA-15任然保持高的比表面積，分別為740和526m2/g，在這種情況下對于Pd的高度分散是十分有利的，負載著Pd的兩種催化劑樣品的比表面積雖然都有所下降，但是仍然高出碳材料當中所負載的Pd催化劑，并且在所有樣品當中都保持了介孔的結構特性。

圖1　N2等溫吸附脫附曲線以及孔徑分布曲線圖

其次，在催化劑的性能方面，利用MCM-41材料以及SBA-15材料為催化劑的時候，所得到的反應基本是沒有活性的，在商業當中的催化劑上苯酚的轉化率保持在了16.9%左右，以Pd-SH-MCM-41和Pd-SBA-15為催化劑的時候，苯酚當中的轉化率有了較大幅度的提升，可以上升到99%以上的范圍之內，是前者Pd/C催化劑轉化率的5倍之多，環已酮選擇性分別達到了98.1%和97.8%以上。充分說明了在Pd團聚情況下催化劑的活性明顯降低，苯酚的轉化率也呈現出相對較低的狀態。并且以MCM-41材料和SBA-15載體對Pd進行直接負載的情況下，對其進行24h的浸泡之后，在上層當中會出現橙黃色的溶液，在此種情況下如果經過大量的二次水反復沖洗過濾的情況，兩者所產生的催化劑粉末當中的顏色就會被反復沖洗到無色。但是利用在上述實驗當中得到的物質對Pd進行負載的情況下，在經過24h的浸泡之后，所得到的上層物質為深度的橙黃色物質，并且對其進行反復沖洗過濾的情況下，過濾的液體會處于無色的狀態下，充分表明了其物質已經完全負載于載體當中，不會被反復沖洗掉。

4　結束語

綜上所述，可以發現利用三甲氧基硅烷來對介孔材料的表面進行修飾的情況下，其中的活性基團就會錨定在上面，從而得到高度分散的催化劑。可得出催化劑的活性分別是商業催化劑，是利用傳統方式制備的催化劑的幾倍之多，最終得出利用活性基團和錨定作用可以制備出具有高度分散和高度催化活性的催化劑。

［1］ 沈伯雄，馬宏卿，楊曉燕，等.Mn-CeOx/Ti-PILC的制備、表征及脫硝性能研究［J］.燃料化學學報，2012，40（5）：615-620.

［2］ 趙春艷，單秋杰，吳學峰，等.介孔結構Na10［α-SiW9 O34］/ TiO2/Ag的合成及光催化性能研究［J］.化學研究與應用，2016，（2）：153-157.

收稿日期：2016-05-01

作者簡介： 柴勇利（1979—），男，河南新蔡人，工程師，主要從事催化加氫相關工作。

Mercapto-Functionalized Mesoporous Materials and Efficient Preparation and Properties of Palladium Supported Catalyst Anchor

Chai Yong-li

Mesoporous materials with high specific surface area，pore structure characteristics of the rule，adjustable aperture and chemical stability，because they are widely used in catalysis，adsorption，separation，chemical sensors，and among the field of biological medicine.First provides an overview of the mesoporous material；secondly，the role of mesoporous materials in catalysis were studied；Finally，experiments on the sulfhydryl functional performance catalysts mesoporous materials has been studied.

mercapto；mesoporous materials；performance

O643

A

1003-6490（2016）05-0059-02

2016-05-03

吳佼佼（1987—），女，陜西清澗人，助理工程師，主要從事入井材料，鉆井液原材料以及壓裂支撐劑的檢測工作。