王成
,
胡丽雅
,
王美银
,
任远航
,
岳斌
,
贺鹤勇
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62496-8
苯酚是一种重要的化工原料,目前苯酚的工业生产路线普遍存在工艺流程复杂、苯酚收率低和环境污染严重等问题.为实现苯酚的绿色生产,苯直接氧化制苯酚的合成路线受到各国研究者的广泛关注.在苯直接羟基化反应常用的 N2O, O2和 H2O2三类氧化剂中, N2O由于来源有限,其工业应用受到极大限制；而 O2不易活化,且反应过程中常需还原剂存在,苯酚收率低；相比之下, H2O2作为氧化剂,其唯一副产物是 H2O,而且反应条件温和,因而以 H2O2为氧化剂的苯羟基化反应是最具工业应用前景的苯酚合成路线.然而,由于苯分子中的 C?H键非常稳定,活化能较高,同时产物苯酚的反应活性要高于反应物苯,因此,为实现苯的高效转化,积极探索研究高活性和稳定性的催化剂变得尤为重要.在我们之前的研究中发现,包含大π体系的氧化石墨烯载体有利于具有同样π共轭体系的反应物苯的吸附,进而促进苯的转化,提高反应活性.而石墨相氮化碳(g-C3N4)具有与氧化石墨烯类似的π共轭体系,且表面具有大量的活性位点和缺陷位,对苯环类物质具有较好的活化作用,这使其可能成为更优异的载体材料.基于此,以 g-C3N4为载体,采用浸渍法制备了一系列不同钒含量的催化剂xV/g-C3N4,并通过 XRD, FT-IR, TEM, TG等表征技术对催化剂进行了系统研究,以期揭示催化剂结构与反应活性之间的构效关系. XRD的表征结果表明,xV/g-C3N4仍具有载体 g-C3N4的层状堆积结构,且该结构不受钒负载量变化的影响.同时, xV/g-C3N4中钒物种的分散度较高,未发生团聚晶化.更直观地,通过 TEM观察发现,xV/g-C3N4中的钒物种均匀分散. FT-IR的表征结果说明钒物种与 g-C3N4之间存在较强的相互作用.此外,通过 TG表征发现, g-C3N4高温稳定性较好,即使焙烧温度高达550°C,其结构仍不受影响.综上所述,在xV/g-C3N4催化剂中,载体 g-C3N4的结构非常稳定,经负载钒物种以及焙烧处理后仍能保持不变；而钒物种与 g-C3N4之间存在较强的相互作用,且均匀分散,使催化剂具有较高的稳定性和较好的催化性能.在以 H2O2为氧化剂,80 wt%醋酸溶液为溶剂的苯直接氧化制苯酚反应中,xV/g-C3N4催化剂显示了良好的催化活性,其中反应活性最高的是8V/g-C3N4催化剂,在最佳反应条件下,苯酚的收率和选择性分别达到24.4%和99.2%.同时,通过计算 TOF值发现,8V/g-C3N4的 TOF值高达13.1 h-1,远高于文献中报道的以 C3N4为载体的催化剂的 TOF值(0.52–0.59 h-1),这表明xV/g-C3N4催化剂具有优异的催化活性.此外,以8V/g-C3N4为代表又进一步考察了催化剂的稳定性,在回收重复实验中催化剂的活性保持稳定.
关键词:
氮化碳
,
钒
,
苯羟基化
,
苯酚
,
浸渍法
张新颖
,
余杨波
,
王美银
,
许冉冉
,
李杰
环境化学
doi:10.7524/j.issn.0254-6108.2016.05.2015112302
本文采用改性与化学再生方法,探索天然斜发沸石对氨氮吸附的最佳改性及化学再生条件.无机盐改性、热改性、有机改性试验结果表明,最佳改性方法为无机盐NaCl法,改性沸石吸附量较天然沸石提升了近20％,最佳NaCl浓度为1 mol·L-1;热改性法不能显著提高沸石的氨氮吸附容量,相反高温会破坏其结构;十二烷基苯磺酸钠改性法可以使改性沸石在其表面形成了新的阳离子吸附点,使其吸附性能提升;而十六烷基三甲基溴化铵改性沸石表面形成的是阴离子吸附点,对带正电的NH4+会产生排斥,导致其吸铵性能下降.化学再生试验表明,KCl溶液对铵饱和沸石的再生效果最显著,适宜再生浓度为0.1-0.2 mol·L-1.经KCl再生后的沸石再次通过NaCl改性,可延长沸石使用周期以及提高再生沸石的吸附能力.
关键词:
斜发沸石
,
改性
,
吸附
,
化学再生
