过程强化技术前沿|超重力法高效制备钯纳米颗粒水相分散体及其拟均相催化还原硝基苯

来源:betway必威官网手机版 时间:2019-12-01阅读次数:43

来源:化工过程强化 PI                                  


硝基苯还原是一种重要的催化反应过程,其产物苯胺被广泛用于制造精细化学品的原料或中间体,此过程常采用非均相催化剂。今天介绍一篇文章,该作者使用超重力旋转填充床高效制备出平均粒径在2.6-10.1nm之间的可控的高稳定钯纳米颗粒水相分散体,并将其作为拟均相纳米催化剂用于硝基苯还原,该催化剂展现出了优异的催化性能,2.6nm颗粒的催化活性为10.1nm颗粒的5倍。

第一作者:杜金涛

通讯作者:王洁欣、王丹

通讯单位:betway必威官网手机版

全文速览

1、使用超重力旋转填充床反应器制备粒径可控、稳定分散的钯纳米颗粒;

2、所制备的钯纳米颗粒水相分散体可作为硝基苯还原的拟均相纳米催化剂,展现出优异的催化活性;

3、催化过程的动力学结果符合Langmuir-Hinshelwood模型,并结合DFT模拟研究催化剂表面硝基苯分子的吸附行为。

背景介绍

拟均相催化是指纳米粒子均匀分散在溶剂中形成拟均相体系用于催化各种化学反应。拟均相催化来源于胶体化学,由于其结合了均相和多相催化的优点而具有旺盛的生命力。拟均相催化剂可以归为异相催化剂均相化的范畴,即机理仍为多相催化,但纳米层次上均匀分散在溶剂中。这种近似于均相的体系,有利于反应物和催化剂之间的充分接触,减少了传质扩散问题,从而提高催化活性。而超重力旋转填充床反应器作为制备纳米材料的理想设备具有独特的优势,研究超重力反应器制备拟均相纳米催化剂具有重大意义。

全文图解

1 制备过程原理图

2 钯纳米颗粒TEM图及其粒径分布

通过调整反应温度,改变晶体的成核速率可以方便地调控颗粒的粒径大小。当反应温度到达90℃时,采用外循环超重力反应器可连续制备钯纳米颗粒分散体,粒径可小至2.6nm。与传统釜式反应器相比,可大幅度缩短反应时间。

3 钯纳米颗粒催化硝基苯还原


4 动力学及稳定性研究

所制备的钯纳米颗粒在催化硝基苯液相还原的过程中展现出明显的粒径效应,其动力学结果可用Langmuir-Hinshelwood模型进行解释,对比其他非均相催化剂,拟均相纳米催化剂展现出更高的催化活性,这可能是由于其超小粒径及其在反应溶剂中的稳定分散性。

小结

综上所述,利用超重力反应器,成功制备了尺寸可调(2.6-10.1nm)的单分散钯纳米颗粒水相散体。与传统搅拌反应器相比,反应时间从3min缩短到1s,实现了连续化制备。所得钯纳米颗粒分散体首次被用作拟均相纳米催化剂液相催化还原硝基苯,该催化剂具有优异的催化性能,2.6nm颗粒的催化活性为10nm颗粒的5倍,其动力学结果符合Langmuir-Hinshelwood模型,误差小于10%。超重力法制备策略可实现单分散金属纳米颗粒分散体的宏量制备,所得材料有望用于拟均相纳米催化。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122883