稀土摻雜Mg-Fe-NO3-LDHs的制備、表征及其催化性能.pdf

1、水滑石(LDHs)是由層板金屬陽(yáng)離子和層間客體陰離子組成的一種陰離子型層狀化合物,具有層間陰離子交換性和層板陽(yáng)離子組成的可變性,二者協(xié)同作用可構(gòu)筑一系列特性各異的功能材料。因此,在工業(yè)催化、污水處理、食品醫(yī)藥、光電磁學(xué)和軍工材料等諸多領(lǐng)域凸顯出廣闊的應(yīng)用前景。
　　LDHs屬于固體堿催化劑,催化活性高、可再生、造價(jià)低廉,能用于烯烴氧化聚合和醇醛縮合,近年來(lái)備受研究者青睞。目前,關(guān)于 LDHs催化的研究較多地集中于含 Cu2+的二元

2、或三元 LDHs。稀土元素由于具有未充滿電子的4f軌道,能夠直接用作催化劑,亦可用作助催化劑,起到協(xié)同催化的效果,特別是在抗老化和抗中毒方面有顯著效果。因而,將LDHs與稀土元素結(jié)合開(kāi)發(fā)新型稀土雜化LDHs材料,已逐漸成為催化劑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文采用微波機(jī)械攪拌共沉淀法合成了 Mg/Fe-NO3-LDHs,最佳工藝條件為:nMg:nFe=3:1,反應(yīng)溫度70℃,pH9~10,微波攪拌10min,晶化時(shí)間6min。獲得層板元

3、素不同的 Mg/Al-LDHs、Mg/Al/Fe-LDHs及 Mg/Al/Cu-LDHs,并將 Y3+、La3+分別摻雜于Mg/Fe-NO3-LDHs,制備出一系列Mg/Fe(Y)-LDHs、Mg/Fe(La)-LDHs,經(jīng)XRD和FT-IR表征均具有水滑石層狀結(jié)構(gòu)。
　　將Mg/Al-LDHs、Mg/Al/Fe-LDHs、Mg/Al/Cu-LDHs及其焙燒產(chǎn)物L(fēng)DO用于雙氧水氧化苯酚的反應(yīng),以評(píng)價(jià)其催化活性與效果。通過(guò)對(duì)苯酚羥基

4、化工藝條件的優(yōu)化(催化劑用量、苯酚初始濃度、反應(yīng)溫度、雙氧水用量及滴加方式等),確定最佳工藝條件為:4.0120g苯酚,m催化劑/m苯酚=1.0％,30mL去離子水,65℃恒溫水浴回流攪拌,15mL H2O2(30%)5次滴加,間隔5min。結(jié)果表明,Mg/Al-LDHs無(wú)催化活性,而Mg/Fe-LDHs、Mg/Al/Fe-LDHs和Mg/Al/Cu-LDHs及其焙燒產(chǎn)物均顯示出較好的催化效果,尤以Mg/Fe-LDO最佳。
　　將

5、一系列Mg/Fe(Y)-LDO、Mg/Fe(La)-LDO用于雙氧水氧化苯酚的反應(yīng),篩選出催化性能最好的兩種催化劑。當(dāng) Y3+摻雜量為1.6%(W/W)時(shí),苯酚轉(zhuǎn)化率達(dá)75.5%,目標(biāo)產(chǎn)物苯二酚總選擇性達(dá)到95.5%,鄰、對(duì)位比為1.0;而La3+摻雜量為0.6%(W/W)時(shí),苯酚轉(zhuǎn)化率達(dá)77.8%,目標(biāo)產(chǎn)物苯二酚總選擇性達(dá)到95.8%,鄰、對(duì)位比為1.0,且回收重復(fù)使用,均表現(xiàn)出良好的再生性能。對(duì)催化劑進(jìn)行 XRD、FT-IR、SEM

6、、BET、TG-DTA等表征,結(jié)果顯示,Y3+、La3+的摻雜改變了層板羥基與金屬離子的相互作用,增大了LDHs的比表面積,形成孔徑分布均勻的介孔材料。
　　探討了苯酚羥基化反應(yīng)的機(jī)理,表明雙氧水氧化苯酚制備苯二酚屬于自由基反應(yīng), Mg/Fe-LDHs中的HO-Fe3+-OH被還原為過(guò)渡態(tài)的HO-Fe2+-OH,與雙氧水組成Fenton試劑催化羥基取代反應(yīng)。其焙燒產(chǎn)物 MgFe2O4具有尖晶石結(jié)構(gòu),與雙氧水反應(yīng)得到還原性更強(qiáng)的氧缺