摘要: 本文以无机纳米孔材料和无机有机杂化材料在催化和环境领域的应用为出发点，研究了VSB-5磷酸镍新型催化体系的催化性能；同时，制备了基于树枝状化合物聚酰胺胺(PAMAM)的无机有机杂化材料，并将其应用到纳米异相催化剂的制备和重金属离子吸附当中。主... 展开 本文以无机纳米孔材料和无机有机杂化材料在催化和环境领域的应用为出发点，研究了VSB-5磷酸镍新型催化体系的催化性能；同时，制备了基于树枝状化合物聚酰胺胺(PAMAM)的无机有机杂化材料，并将其应用到纳米异相催化剂的制备和重金属离子吸附当中。主要研究内容及结果如下： ⑴采用Cu2+与VSB-5中H+之间发生离子交换反应的方法，制备了Cu2+-VSB-5。对新制备的Cu2+-VSB-5和焙烧活化过的Cu2+/+-VSB-5进行了X射线衍射(XRD)，电感耦合等离子体光谱(ICP)，紫外-可见吸收光谱(UV-vis)和X射线光电子能谱(XPS)详细表征。对活化后的催化剂进行了对苯酚的羟基化反应，结果表明该催化剂有较高的活性。同时研究了温度、H2O2浓度、铜含量、溶剂等因素对催化反应的影响。催化剂0.01Cu-VSB-5对苯酚的转化频率(TOF)为69.1，此时邻酚/对酚为1.6。反应机理研究表明羟基自由基参与了反应。 ⑵采用氨基化的SBA-15与丙烯酸甲酯进行Michael加成，形成了氨基化的丙酸甲酯；接下来酯基基团与乙二胺进行氨基化完成1代反应，反复重复上述反应就在SBA-15孔道当中得到1-4代树枝状化合物。采用了傅立叶红外光谱(FTIR)和交叉极化魔角旋转(CP MAS)核磁共振(NMR)对孔道中树枝状化合物的结构作了表征。同样，采用了XRD、UV-vis、氮气吸附-脱附对杂化材料进行了表征。通过热重(TG)和元素分析(EA)计算了每一步反应的转化率。上述表征手段都表明树枝状化合物在SBA-15孔道中被成功的合成。第二步，就是向树枝状化合物当中引入Pd2+，然后在BH4-作用下形成暗褐色的粉末，即Pd(0)-Gn-PAMAM-SBA-15。透射电镜(TEM)、ICP和EDS证明合成了纳米Pd粒子，并且均匀、单一的分散在孔道表面。同时，研究了不同代数催化剂对不饱和烯醇的加氢反应，发现不同代数催化剂对丙烯醇都有较高的加氢性能，重要的是加氢活性和选择性可以通过调节树枝状化合物的代数来进行控制。通过循环试验和放置1个月后催化活性试验，表明催化剂有较高的稳定性。最后，选择了几种结构相关的不饱和烯醇，研究了不同代数催化剂对这些底物的加氢催化活性，发现催化剂对这些底物都具有较高的活性，并且对底物表现出了尺寸选择效应。 ⑶制备了乙二胺四乙酸二钠(EDTA)修饰的Gn-PAMAM-SBA-15(n=1，2，3，和4)有机无机杂化材料。采用瓜和13C核磁共振证明了EDTA修饰了的PAMAM基团。采用XRD研究了杂化材料的结构，表明介孔骨架在一定程度上得到了保持。对各种重金属离子(Pb2+，Zn2+，Cu2+，Ni2+，Cr3+)吸附实验表明Gn-PAMAM-SBA-15和EDTA修饰过的Gn-PAMAM-SBA-15具有独特的吸附性能。吸附剂Gn-PAMAM-SBA-15对Pb2+，Zn2+，Gu2+，Cr3+比对Ni2+更敏感；而对于EDTA修饰过的Gn-PAMAM-SBA-15对Pb2+，Zn2+，Cu2+，Ni2+比对Cr3+更敏感。同样研究了其它吸附条件，比如到达吸附平衡所需时间，不同pH值，金属离子饱和吸附浓度等。最后，吸附了重金属离子的杂化材料可以通过在0.1MEDTA或0.1M盐酸溶液洗涤的方法进行回收利用，其中EDTA修饰的杂化材料的再负载能力达到原来的93-95％。 ⑷用相同的方法在磁性的Fe3O4@SiO2表面锚定了PAMAM树枝状化合物。采用了IR,TG,XRD等表征手段对杂化材料进行了表征，结果表明在Fe3O4@SiO2表面成功地合成了树枝状化合物。接下来同样是在树枝状化合物中引入Pd2+，并且通过BH4-还原得到纳米Pd。TEM表明纳米Pd均一地分散在材料表面，尺寸小且单一(＜2.5nm)。这些催化剂同样对丙烯醇的加氢催化有较高的活性，并且反应的活性可通过改变PAMAM的代数来控制。催化剂的活性经过5次循环后逐渐降低到起始的83％，第6次循环时活性降低到起始的60％。更重要的是催化剂可以通过磁分离的方法完全得到回收利用。 收起