介孔γ-Al2O3微球的高效制备及负载Pd催化剂的性能

doi:10.7503/cjcu20220133

摘要/Abstract

摘要：

多孔γ-Al₂O₃由于具有高比表面积、强吸附性和良好的热稳定性而被广泛用作载体材料. 但其存在制备方法复杂、能耗高、纯度低及环境污染等问题, 因此开发高效制备高纯度多孔γ-Al₂O₃的合成方法具有重要的研究价值. 本文利用醇铝水解缩合反应, 在常温常压下一步合成出具有高比表面积、高孔体积、高纯度的介孔纳米片状γ-Al₂O₃微球, 研究了醇铝水解缩合反应过程中添加剂用量、反应温度和后处理烘干温度等条件对γ-Al₂O₃孔道结构及形貌的影响. 并采用浸渍法进一步制备出贵金属Pd高度分散的负载型介孔Pd/γ-Al₂O₃微球催化材料, 其在硝基苯加氢和苯甲醇氧化反应中均表现出优异的催化性能. 由于丰富的介孔孔道结构和高度分散的负载贵金属Pd, 介孔Pd/γ-Al₂O₃微球在反应30 min后就达到了93.78%的硝基苯转化率和98.58%的苯胺选择性, 比商用的纳米颗粒型Pd/γ-Al₂O₃分别提高了15.55%和17.58%，且循环使用后其催化性能基本保持不变. 在苯甲醇氧化反应中, 介孔Pd/γ-Al₂O₃微球的苯甲醇转化率较对比样提高了26.39%且长时间保持不变. 本工作为开发高性能多孔γ-Al₂O₃负载型催化材料提供新的思路.

关键词: 介孔γ-Al₂O₃, 醇铝水解, 钯负载, 微球, 催化

Abstract:

Porous γ-Al₂O₃ has been widely used as the support material due to its ultrahigh specific surface area， strong adsorption capacity and great thermal stability. However， owing to a series of problems existing in the synthesis process of porous γ-Al₂O₃ materials， like complex preparation method， high energy consumption， low purity and serious environmental pollution， it is important to develop a synthesis method of high-purity porous γ-Al₂O₃ catalyst possessing high efficiency with abundant pore structures. In this paper， based on the chemistryof hydrolysis condensation reaction of aluminum alkoxide， mesoporous γ-Al₂O₃ microspheres with high surface area， pore volume and purity were synthesized under normal temperature and pressure conditions， and the influences of additive dosage， reaction temperature， post-treatment drying temperature and other factors on the pore structure and morphology of γ-Al₂O₃ were also systematically studied. In the same breath， the supported mesoporous Pd/γ-Al₂O₃ microsphere catalytic material with highly dispersed precious metal Pd was further prepared by the impregnation method， which clearly performed excellent catalytic performances in both hydrogenation of nitrobenzene and oxidation of benzyl alcohol. Due to the abundant mesoporous pore structure and highly dispersed loaded precious metal Pd， the mesoporous Pd/γ-Al₂O₃ microspheres achieved 93.78% nitrobenzene conversion and 98.58% aniline selectivity after 30 min， which are respectively 15.55% and 17.58% higher than that of the commercial nanoparticle Pd/γ-Al₂O₃， the catalytic performance remained essentially unchanged after recycling. The benzyl alcohol conversion realized a remarkable increase of 26.39% compared to the comparison sample and remained unchanged in a long time oxidation reaction of benzyl alcohol. This work will provide a new strategy for developing high-performance porous γ-Al₂O₃ loaded catalysts.

Key words: Mesoporous γ-Al₂O₃, Aluminium alkoxide hydrolysis, Pd load, Microsphere, Catalysis

中图分类号:

O643

TrendMD:

谭彦, 余申, 吕佳敏, 刘湛, 孙明慧, 陈丽华, 苏宝连. 介孔γ-Al₂O₃微球的高效制备及负载Pd催化剂的性能. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220133.

TAN Yan, YU Shen, LYU Jiamin, LIU Zhan, SUN Minghui, CHEN Lihua, SU Baolian. Efficient Preparation of Mesoporous γ-Al₂O₃ Microspheres and Performance of Pd-loaded Catalysts. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220133.

图/表 8

Fig.1 XRD patterns of AlOOH(A) and γ?Al2O3(B) synthesized with different toluene amounts and SEM images of AlOOH synthesized with different toluene amounts(C—F)V(Toluene): (C) 0.5 mL; (D) 1.0 mL; (E) 1.5 mL; (F) 2.0 mL.

Fig.2 SEM images of γ?Al2O3 synthesized with 1.0 mL(A) and 1.5 mL(B) of toluene, TEM images of the γ?Al2O3 synthesized with 1.0 mL of toluene(C, D), N2 adsorption?desorption isotherms(E) and pore size distribution curves(F) of γ?Al2O3 materials synthesized with different toluene amounts

Fig.3 XRD patterns of the samples obtained at different reaction temperatures before(A) and after(B) calcination, SEM images of resultant γ?Al2O3 materials at reaction temperatures of 4 ℃(C), 20 ℃(D, E) and 40 ℃(F)

Fig.4 XRD patterns of precursors obtained at different drying temperatures(A) and SEM images of precursors obtained at drying temperatures of 20 °C(B), 40 °C(C), 60 °C (D), 80 °C(E) and 100 °C(F)

Fig.5 XRD patterns(A), N2 adsorption?desorption isotherms(B) and pore size distribution curves(C) of γ?Al2O3 samples synthesized under different drying temperatures

Fig.6 XRD patterns of Pd/H?γ?Al2O3?0.5%(a) and Pd/H?γ?Al2O3?1.0%(b)(A), SEM images(B, C) and N2 adsorption?desorption isotherms(D) of Pd/H?γ?Al2O3?1.0% material, HRTEM(E), HAADF?STEM(F) images and element mappings(G—I) of Pd/H?γ?Al2O3?1.0%

Fig.7 Conversion of catalyst(A), selectivity to aniline(B) of Pd/γ?Al2O3 materials in the hydrogenation of nitrobenzene and recyclability of Pd/H?γ?Al2O3?1.0% in the hydrogenation of nitrobenzene(C)a. Pd/H?γ?Al2O3?1.0%; b. Pd/C?γ?Al2O3?1.0%; c. Pd/H?γ?Al2O3?0.5%.

Fig.8 Conversion of benzyl alcohol(A), selectivity to catalyst(B) of Pd/γ?Al2O3 materials in the oxidation of benzyl alcohol and recyclability of Pd/H?γ?Al2O3?1.0% in the oxidation of benzyl alcohol(C)a. Pd/H?γ?Al2O3?1.0%; b. Pd/C?γ?Al2O3?1.0%; c. Pd/H?γ?Al2O3?0.5%.

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介孔γ-Al₂O₃微球的高效制备及负载Pd催化剂的性能

Efficient Preparation of Mesoporous γ-Al₂O₃ Microspheres and Performance of Pd-loaded Catalysts

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