磁性催化劑課件

1、 磁 性 催 化 劑姓名：學(xué)號:日期：目 錄第一節(jié) 緒論第二節(jié) 磁性催化劑的特性第三節(jié) 磁性催化劑的分類及制備第四節(jié) 影響磁回收率的因素第五節(jié) 磁性催化劑的應(yīng)用參考文獻(xiàn)固體催化劑優(yōu)點(diǎn)：高活性、高選擇性、反應(yīng)條件溫和、可循環(huán)使用等。存在問題：分離回收困難將磁性材料引入固體催化劑賦予其磁學(xué)性能,使其在保持較高的催化活性下,又 具有一定的磁性,利用外加磁場實(shí)現(xiàn)回收再利用。第一節(jié) 緒論 隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)和綠色化學(xué)的持續(xù)發(fā)展,研制環(huán)境友好的催化劑越來越受到研究者的重視。 這樣既有效實(shí)現(xiàn)了資源的再利用, 又保護(hù)了環(huán)境, 是一種環(huán)境友好催化劑, 是未來催化劑的發(fā)展方向。第二節(jié) 磁性催化劑的特性 磁性催化劑

2、是一類具有磁響應(yīng)特性的催化劑。 結(jié)合磁性材料和催化材料的特性,應(yīng)具有如下主要性質(zhì): 磁響應(yīng)性 即磁性納米微球?qū)ν饧哟艌龅捻憫?yīng)性。利用磁性納米微球的磁響應(yīng)性, 在外加磁場作用下,磁性納米微球可以方便地進(jìn)行分離和磁導(dǎo)向。 例如,當(dāng)磁性Fe3O4晶體直徑小于30nm時,具有超順磁性, 即在磁場中有較強(qiáng)磁性,在沒有磁場時磁性很快消失,從而使催化劑顆粒能夠在磁場中不被永久磁化。 催化特性和穩(wěn)定性能 與傳統(tǒng)的催化劑相比, 除了具有一定的催化性能以外, 磁體的引人并不影響催化劑的催化特性和穩(wěn)定性能。 第三節(jié) 磁性催化劑的分類及制備 根據(jù)磁載催化劑的核殼之間是否包覆結(jié)合層, 將其分為直接包覆和非直接包覆催化劑

3、。 直接包覆的磁性催化劑 磁性材料是磁性復(fù)合催化劑能否成功分離回收的關(guān)鍵,由于-Fe2O3 , Fe3O4 和MFe2O4 等物質(zhì)具有較好的磁性、成本低廉, 所以常被用作這類復(fù)合催化劑的磁性材料。研究者通過各種方法嘗試在-Fe2O3 或 Fe3O4表面直接包覆各種類型的催化劑。 實(shí)驗(yàn)證實(shí), 新型催化劑以磁性材料為核,催化劑活性組分包覆在其外部形成包覆型的磁性催化劑。 電弧理論 電弧的實(shí)質(zhì)是一種氣體放電現(xiàn)象，在一定的條件下能使兩極之間的氣體空間導(dǎo)電，是電能轉(zhuǎn)化為熱能和光能的過程。 電弧的帶電粒子主要由氣體空間中氣體的電離和電極電子發(fā)射兩個過程產(chǎn)生。補(bǔ)充電弧放電的特點(diǎn)電弧能量集中，溫度高，亮度大。

4、電弧是一種游離的氣體電弧由三部分組成：陰極區(qū)、陽極區(qū)、弧柱區(qū)。電弧是一種自持放電現(xiàn)象。維持電弧穩(wěn)定燃燒的電壓較低。1、直流電弧等離子體法 采用直流電弧等離子體法制備的表面包覆碳膜的金屬納米顆粒, 有良好的抗氧化性和穩(wěn)定性。在富碳?xì)夥障抡舭l(fā)金屬是獲得包覆碳膜的金屬納米顆粒的有效方法。 董星龍等人采用在甲烷氣氛中直接蒸發(fā)塊體單質(zhì)金屬, 獲得了金屬納米膠囊。此方法具有制備簡便、粒徑分布均勻、可大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。此法還可推廣到制備多種金屬、合金及碳化物的納米膠囊上。2、電弧放電法 電弧放電法即在電極陽極中鉆孔填充金屬氧化物、石墨粉和瀝青等, 并將此電極真空中退火處理,以除去雜質(zhì),然后在氫氬或氫氦混合氣氛

5、中點(diǎn)弧后獲得金屬納米顆粒。電弧法可以簡便地產(chǎn)生多種元素或化合物的碳包納米晶。 張桂林等人在氦和()3 氣氛中, 用接觸電弧法制備了大量的鐵碳相小顆粒,它們被多層石墨層包裹著。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),即使讓這些包裹體暴露于大氣中兩個月,也未發(fā)現(xiàn)這鐵磁相有什么變化。 3、催化氣相裂解法 氣相沉積法 兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個反應(yīng)室內(nèi)，然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。 催化氣相裂解法以其設(shè)備簡單、操作方便、成本低而被廣泛采用。劉靜等人以純的硝酸鐵和硝酸鈷為主要原料, 按一定的F,摩爾比配制成溶膠-凝膠后采用超臨界干燥工藝制備出含,的復(fù)合氣凝膠作為催化劑。采用高溫氣相催化

6、裂解甲烷合成了碳包覆鐵鈷磁性納米金屬粒子。 主要領(lǐng)域固體酸催化固體堿催化生物催化光催化相轉(zhuǎn)移催化第五節(jié) 磁性催化劑的應(yīng)用1、納米磁性固體酸催化 北京化工大學(xué)和哈爾濱工程大學(xué)等研究組根據(jù)將磁性材料和固體酸進(jìn)行組裝的設(shè)想,成功地制備出磁性納米固體酸催化劑ZrO2/Fe3O4,SO42-ZrO2/Fe3O4。特點(diǎn)較小的粒子尺寸較強(qiáng)的磁性較高的醋化催化活性 易于過磁場進(jìn)行回收使用壽命較長應(yīng)用乙酸正丁醋合成檸檬酸三丁醋合成 注：催化活性隨ZrO2含量的增加而提高。 層狀雙金屬氫氧化物（Layered Double Hydroxide,LDH）是水滑石（Hydrotalcite,HT）和類水滑石化合物（H

7、ydrotalcite-Like Compounds,HTLCs）的統(tǒng)稱，由這些化合物插層組裝的一系列超分子材料稱為水滑石類插層材料（LDHs）。 補(bǔ)充 化學(xué)組成可以表示為M1-xMx (OH)2 x + (An- )x/nmH2O ,其中M為Mg2+ ,Ni2+ , Co2+ , Zn2+ ,Cu2+ 等二價金屬陽離子;M 為Al3+ ,Cr3+ ,Fe3+ 等三價金屬陽離子;An - 為陰離子,如CO32- , NO3-, Cl- , OH- ,SO42-, PO43- , C6H4(COO)22-等無機(jī)和有機(jī)離子以及絡(luò)合離子,則層間無機(jī)陰離子不同,LDHs的層間距不同。2、納米磁性固體堿

8、催化劑 張海永等, 將磁性基質(zhì)Fe3O4與鎂鋁水滑石固體堿進(jìn)行組裝, 用共沉淀雙滴法合成出磁性鎂鋁水滑石固體堿。 磁性基質(zhì)加人后, 磁性鎂鋁水滑石并沒有改變其層狀結(jié)構(gòu)的典型特征, 顆粒粒徑也沒有明顯增大,且保持在20-50nm之間; 比飽和磁化強(qiáng)度隨磁性基質(zhì)含量的增加而線性提高。 所得產(chǎn)物用于苯甲醛與丙二酸二乙醋間的Knoevenagel 縮合反應(yīng)研究,利用磁場即可將磁性固體堿與反應(yīng)體系進(jìn)行有效分離回收。3、納米磁性貴金屬催化劑 鑒于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素, 對貴金屬或重金屬催化劑的回收顯得非常重要。 通常采用精餾等熱操作進(jìn)行回收, 但回收率較低。將均相催化劑固定在固體載體上易于催化劑的分離，但因位阻

9、和擴(kuò)散的影響, 此類負(fù)載催化劑的活性急劇下降。 近年來，人們試圖努力開發(fā)新型的催化劑體系, 使其能夠有效結(jié)合均相和非均相催化劑的優(yōu)點(diǎn)。磁性納米粒子是一類重要的催化劑載體。被固定在磁性載體上的催化劑可以均相分散，且具有高活性，最終可以通過外界磁場快速與產(chǎn)物分離。4、納米磁性光催化劑 半導(dǎo)體多相光催化法用于治理污染受到人們的重視，TiO2 化學(xué)穩(wěn)定性高、耐光腐蝕、對人體無害，是理想的催化劑,但是分離、回收是制約其工業(yè)化的重要因素。 陳金媛等用溶膠-凝膠法, 在磁性Fe3O4表面包覆TiO2,形成平均尺寸為35-50 nm 的復(fù)合結(jié)構(gòu)是一種便于回收、可重復(fù)使用的新型高效光催化劑。5、磁性相轉(zhuǎn)移催化劑

10、 環(huán)狀和線狀聚醚通常具有良好的相轉(zhuǎn)移催化活性，但這類物質(zhì)在反應(yīng)混合體系中難以分離，污染反應(yīng)產(chǎn)物。以無機(jī)粒子為核的負(fù)載型或包覆型核/殼三相催化劑能有效提高機(jī)械強(qiáng)度、分離性能和重復(fù)使用性能，是聚合物相催化劑的發(fā)展方向。 6、磁性生物催化劑 大多數(shù)酶在生物催化中起著重要的作用, 但其回收率和產(chǎn)率低、有限的重復(fù)使用率以及快速失活等缺點(diǎn)限制其應(yīng)用?？梢酝ㄟ^物理吸附、交聯(lián)等方式將酶分子固定在磁性微粒的表面, 來改善以上缺點(diǎn)。 錢斯日古楞等用磁性淀粉微球作為載體, 采用溴化氰活化法、戊二醛交聯(lián)法及物理吸附法固定-乙酰乳酸脫羧酶, 其熱穩(wěn)定性、儲存穩(wěn)定性均比自由酶占優(yōu)勢, 且具有很強(qiáng)的操作穩(wěn)定性。 參考文獻(xiàn)1謝小莉.磁性催化劑的研究進(jìn)展J.廣州化工,2010,38(4):1214.2于濂清,鐘曉亮,劉旭等.磁性催化劑的研究進(jìn)展J .化工科技, 2010, 18(5) : 55 58.3魯威，文慶，袁華等.磁穩(wěn)定床及磁性催化劑的研究進(jìn)展J.化學(xué)工程,2012,40(3):5357.4黎漢生,張東翔