高等学校化学学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (11): 2076.doi: 10.7503/cjcu20160216
收稿日期:
2016-04-07
出版日期:
2016-11-10
发布日期:
2016-10-17
作者简介:
联系人简介: 王慧春, 女, 博士, 教授, 主要从事纳米材料在有机催化中的应用研究. E-mail:基金资助:
WANG Huichun1,*(), WANG Fachun1, LI Baolin2
Received:
2016-04-07
Online:
2016-11-10
Published:
2016-10-17
Contact:
WANG Huichun
E-mail:hcwang@qhnu.edu.cn
Supported by:
摘要:
以羟丙基-β-环糊精为结构导向剂, 正硅酸乙酯为硅前驱物, 通过高氯酸铵氧化联合硬模板技术合成了一系列孔径可调的介孔碳材料. 采用氮气吸附-脱附实验、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射分析仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对碳材料的结构和表面化学性质进行了表征; 并以水合肼还原对硝基甲苯反应为模型, 研究了介孔碳材料对硝基芳烃还原反应的催化性能. 实验结果表明, 所得材料具有蠕虫状孔系结构, 有较高的比表面积和孔容、 较窄的孔径分布范围、 较多的含氧官能团和较高的催化活性; 且以高氯酸铵室温氧化合成的介孔碳的催化活性最高, 产物收率达到88.48%; 介孔碳循环使用4次后仍然保持良好的催化活性.
中图分类号:
TrendMD:
王慧春, 王发春, 李宝林. 基于环糊精的介孔碳材料的制备及催化性能. 高等学校化学学报, 2016, 37(11): 2076.
WANG Huichun, WANG Fachun, LI Baolin. Preparation of Cyclodextrin-based Mesoporous Carbon and Its Catalytic Performance†. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(11): 2076.
Sample | SBET/(m2·g-1) | Smic /(m2·g-1) | Vt /(cm3·g-1) | Vmic /(cm3·g-1) | DBJH /nm |
---|---|---|---|---|---|
MS-cal | 171 | 2 | 0.12 | 0.0005 | 3.5 |
MS-rt | 848 | 5 | 0.33 | 0.0050 | 3.4 |
MS-60 | 849 | 3 | 0.58 | 0.0050 | 3.5 |
MS-80 | 782 | 13 | 1.11 | 0.0070 | 4.8 |
MS-100 | 594 | 39 | 1.32 | 0.0170 | 6.0 |
Table 1 Textural parameters of mesoporous silicas
Sample | SBET/(m2·g-1) | Smic /(m2·g-1) | Vt /(cm3·g-1) | Vmic /(cm3·g-1) | DBJH /nm |
---|---|---|---|---|---|
MS-cal | 171 | 2 | 0.12 | 0.0005 | 3.5 |
MS-rt | 848 | 5 | 0.33 | 0.0050 | 3.4 |
MS-60 | 849 | 3 | 0.58 | 0.0050 | 3.5 |
MS-80 | 782 | 13 | 1.11 | 0.0070 | 4.8 |
MS-100 | 594 | 39 | 1.32 | 0.0170 | 6.0 |
Sample | SBET /(m2·g-1) | Smic/(m2·g-1) | Vt/(cm3·g-1) | Vmic/(cm3·g-1) | Vmes/(cm3·g-1) | DBJH/nm |
---|---|---|---|---|---|---|
MC-cal | 562 | 376 | 0.38 | 0.20 | 0.18 | 3.9 |
MC-rt | 1240 | 1.33 | 1.33 | 3.9 | ||
MC-60 | 1430 | 1.52 | 1.52 | 3.3 | ||
MC-80 | 1407 | 1.58 | 1.58 | 3.3 | ||
MC-100 | 1222 | 154 | 1.74 | 0.07 | 1.67 | 3.7 |
Table 2 Textural parameters of mesoporous carbons
Sample | SBET /(m2·g-1) | Smic/(m2·g-1) | Vt/(cm3·g-1) | Vmic/(cm3·g-1) | Vmes/(cm3·g-1) | DBJH/nm |
---|---|---|---|---|---|---|
MC-cal | 562 | 376 | 0.38 | 0.20 | 0.18 | 3.9 |
MC-rt | 1240 | 1.33 | 1.33 | 3.9 | ||
MC-60 | 1430 | 1.52 | 1.52 | 3.3 | ||
MC-80 | 1407 | 1.58 | 1.58 | 3.3 | ||
MC-100 | 1222 | 154 | 1.74 | 0.07 | 1.67 | 3.7 |
Sample | Timeb/min | Yieldc(%) | Sample | Timeb/min | Yieldc(%) |
---|---|---|---|---|---|
Without any catalysts | 720 | 0 | MC-60 | 240 | 85.23±0.11 |
Activated carbon | 720 | 0 | MC-80 | 300 | 83.72±0.21 |
MC-cal | 480 | 71.68±0.12 | MC-100 | 180 | 82.95±0.24 |
MC-rt | 30 | 88.48±0.17 |
Table 3 Reduction of p-nitrotoluene with hydrazine hydrate in the presence of MC catalystsa
Sample | Timeb/min | Yieldc(%) | Sample | Timeb/min | Yieldc(%) |
---|---|---|---|---|---|
Without any catalysts | 720 | 0 | MC-60 | 240 | 85.23±0.11 |
Activated carbon | 720 | 0 | MC-80 | 300 | 83.72±0.21 |
MC-cal | 480 | 71.68±0.12 | MC-100 | 180 | 82.95±0.24 |
MC-rt | 30 | 88.48±0.17 |
Repetitions of catalyst | m(Catalyst) per mol p-nitrotoluene | Molar ratio of hydrazine hydrate/p-nitrotoluene | Timeb/min | Yieldc(%) |
---|---|---|---|---|
1 | 4 | 3 | 60 | 72.65±0.19 |
1 | 8 | 2 | 30 | 68.28±0.10 |
1 | 8 | 3 | 30 | 88.48±0.17 |
1 | 8 | 4 | 30 | 87.37±0.11 |
2 | 8 | 3 | 30 | 86.89±0.09 |
3 | 8 | 3 | 30 | 86.43±0.13 |
4 | 8 | 3 | 75 | 86.67±0.16 |
5 | 8 | 3 | 80 | 73.21±0.07 |
6 | 8 | 4 | 60 | 72.17±0.10 |
Table 4 Reduction of p-nitrotoluene to aniline with MC-rt catalystsa
Repetitions of catalyst | m(Catalyst) per mol p-nitrotoluene | Molar ratio of hydrazine hydrate/p-nitrotoluene | Timeb/min | Yieldc(%) |
---|---|---|---|---|
1 | 4 | 3 | 60 | 72.65±0.19 |
1 | 8 | 2 | 30 | 68.28±0.10 |
1 | 8 | 3 | 30 | 88.48±0.17 |
1 | 8 | 4 | 30 | 87.37±0.11 |
2 | 8 | 3 | 30 | 86.89±0.09 |
3 | 8 | 3 | 30 | 86.43±0.13 |
4 | 8 | 3 | 75 | 86.67±0.16 |
5 | 8 | 3 | 80 | 73.21±0.07 |
6 | 8 | 4 | 60 | 72.17±0.10 |
Entry | Substrate | Product | Timeb/min | Yieldc(%) | m/z(Relative abundance, %) |
---|---|---|---|---|---|
1 | Nitrobenzene | Aniline | 30 | 91.35±0.08 | 93(M+,100), 66(38), 52(7), 39(15) |
2 | p-Nitrotoluene | p-Methylaniline | 30 | 88.48±0.17 | 107(M+,100), 106(94), 91(12), 77(16), 51(7) |
3 | o-Nitrotoluene | o-Methylaniline | 45 | 82.21±0.11 | 107(M+, 100), 106(97), 91(15), 77(23), 51(6) |
4 | m-Nitrotoluene | m-Methylaniline | 30 | 89.92±0.07 | 107(M+, 100), 106(91), 91(11), 77(21), 53(5) |
5 | p-Nitrophenol | p-Aminophenol | 40 | 89.29±0.20 | 109(M+, 99), 81(32), 80(22), 53(10) |
6 | m-Nitrophenol | m-Aminophenol | 45 | 84.78±0.13 | 109(M+,98), 81(14), 80(27), 53(10) |
7 | p-Nitroaniline | p-Phenylenediamine | 70 | 81.39±0.16 | 108(M+,100), 107(25), 81(16), 80(33), 54(13) |
8 | p-Nitrochlorobenzene | p-Chloroanilin | 30 | 92.63±0.18 | 127(M+, 100), 92(19), 66(18), 39(5) |
Table 5 Reduction of nitroaromatic compounds with hydrazine hydrate in the presence of MC-rt catalyst and MS data of productsa
Entry | Substrate | Product | Timeb/min | Yieldc(%) | m/z(Relative abundance, %) |
---|---|---|---|---|---|
1 | Nitrobenzene | Aniline | 30 | 91.35±0.08 | 93(M+,100), 66(38), 52(7), 39(15) |
2 | p-Nitrotoluene | p-Methylaniline | 30 | 88.48±0.17 | 107(M+,100), 106(94), 91(12), 77(16), 51(7) |
3 | o-Nitrotoluene | o-Methylaniline | 45 | 82.21±0.11 | 107(M+, 100), 106(97), 91(15), 77(23), 51(6) |
4 | m-Nitrotoluene | m-Methylaniline | 30 | 89.92±0.07 | 107(M+, 100), 106(91), 91(11), 77(21), 53(5) |
5 | p-Nitrophenol | p-Aminophenol | 40 | 89.29±0.20 | 109(M+, 99), 81(32), 80(22), 53(10) |
6 | m-Nitrophenol | m-Aminophenol | 45 | 84.78±0.13 | 109(M+,98), 81(14), 80(27), 53(10) |
7 | p-Nitroaniline | p-Phenylenediamine | 70 | 81.39±0.16 | 108(M+,100), 107(25), 81(16), 80(33), 54(13) |
8 | p-Nitrochlorobenzene | p-Chloroanilin | 30 | 92.63±0.18 | 127(M+, 100), 92(19), 66(18), 39(5) |
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