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摘 要

在液相催化反应中，将纳米催化剂负载于陶瓷膜上制备的催化膜，能有效避免纳米催化剂与产品的分离问题。为进一步提高陶瓷膜上钯的负载量、提高催化膜的催化性能，考虑到采用增大膜面积，从而增加催化活性组分的负载量的方法。纳米氧化锌由于尺寸小，比表面积大，表面的键态与颗粒内部的不同，进而加大反应接触面，有利于催化效率的提高。

本文采用化学溶胶­凝胶法在氧化铝支撑体上制备ZnO纳米涂层：先在氧化铝支撑体上涂敷氢氧化锌胶体；再通过马弗炉高温煅烧得到纳米ZnO颗粒涂层。接着采用强制对流法制备钯膜催化剂，过程包括硅烷偶联剂KH792改性、醋酸钯/丙酮溶液浸渍和水合肼还原。最后以对硝基苯酚加氢制备对氨基苯酚为探针考察钯催化膜的催化活性。本实验重点探讨胶体浓度、煅烧温度、煅烧时间和煅烧次数等操作条件对钯催化膜催化活性的影响，得到最佳操作条件为：当胶体浓度为1.0 mol/L，煅烧温度为600℃，煅烧时间为60min，煅烧次数为1次时，制得的钯催化膜催化活性最佳。

关键词： ZnO纳米涂层 化学溶胶凝胶法 强制对流 钯膜催化剂

Preparation of zinc oxide modified palladium / ceramic membrane catalyst

Abstract

In the liquid phase catalytic reaction, the catalyst film prepared with nano-catalyst supported on a ceramic membrane can effectively avoid the separation problems nano-catalyst and products. In order to improve the loading rate of palladium on the ceramic film and improve the catalytic performance of the catalyst, the method of increasing the membrane area and increasing the load of the active component is considered. Because of the small size, the surface area of the surface of ZnO, the bond states of the surface are different from that of the particles, and the contact surface is increased, which is beneficial to the catalytic efficiency.

In this article we use Chemical sol-gel method to prepare of ZnO nano-coating on an alumina support: First coated with zinc hydroxide colloid on an alumina support. Then coating ZnO nanoparticles obtained by calcination in a muffle furnace, then prepare a palladium catalyst film with a forced convection Legal. Process include modified silane coupling agent KH792, palladium acetate/acetone solution impregnation and hydrazine. Finally Investigated the catalytic activity of the palladium catalyst film in nitrophenol hydrogenation of amino phenol as a probe. This study focuses on the impact of colloid concentration, calcination temperature, calcination time and calcination times and other operating conditions on the catalytic activity of the palladium catalyst film. Test optimum operating conditions: when colloid concentration 1.0mol/L, the calcination temperature was 600℃, calcination time was 60min, firing frequency of 1 times, the catalytic activity of the palladium catalyst film obtained the best results.

Key Words: ZnO nano-coating; Chemical sol-gel method; Forced Convection; Palladium membrane catalyst

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 膜催化技术 1

1.1.1膜催化反应及其特点 2

1.1.2膜反应器及构筑 2

1.1.3膜用于纳米催化过程 3

1.2 催化膜制备 3

1.2.1表面浸渍法 4

1.2.2层层沉积技术 4

1.2.3金属有机化学气相沉积 5

1.2.4原位合成法 6

1.3 ZnO薄膜的制备方法 6

1.3.1化学溶胶-凝胶法 7

1.3.2水热合成法 7

1.3.3金属有机气相外延法(MOVPE) 7

1.3.4脉冲激光沉积法(PLD) 8

1.3.5激光分子束外延法( laser MBE) 8

1.3.6喷涂热解法(spray pyrolysis) 8

1.4 催化膜制备中存在的问题 8

1.5 本课题的研究目的及内容 10

第二章 实验部分 11

2.1 实验原料及设备 11

2.2 实验内容 12

2.3 实验机理 14

2.4 钯催化剂表征 15

2.4.1 XRD表征 15

2.4.2 场发射扫描电子显微镜（SEM） 15

2.5 钯催化膜的活性测试 16

2.5.1 对硝基苯酚标准曲线绘制 16

2.5.2 钯催化膜的活性 17

第三章 结果与讨论 18

3.1 纳米ZnO膜的XRD分析 18

3.2 胶体浓度的影响 19

3.3 煅烧温度的影响 19

3.4 煅烧时间的影响 20

3.5 煅烧次数的影响 21

第四章 结论与展望 23

参考文献 24

致 谢 26

第一章 文献综述

随着膜科学的迅速发展，膜反应技术由于其独特的优点在化学反应工程领域的应用也越来越受重视。在传统的液相催化反应中，化学反应和产品分离是两个相对独立的单元操作，反应产物与催化剂的分离一直是个难题。如果不能实现催化剂与反应产物的分离，一方面会影响产品质量，另一方面也会造成催化剂的流失。膜催化技术是将膜分离功能与催化反应相耦合的一种新的化工过程强化技术。将纳米催化剂负载于陶瓷膜上制备的催化膜，能有效避免纳米催化剂与产品的分离问题。另外，用膜的选择性渗透特性还可以控制反应物的传递速度，从而控制反应进行的程度和减少副反应的发生。而且产物中部分生成物被分离后，逆反应受到抑制，使反应不受化学平衡的限制，从而克服了催化反应过程受化学平衡制约的缺点。用膜催化反应技术不但使化学反应的选择性和转换率都能大大提高，而且还可以使反应条件大大缓和，催化剂寿命得以延长。同时在整个过程中，不需要或大大方便了生成物的分离以及产物和未反应物的分离等后继处理工艺，达到了节约能耗的目的，这种膜技术和催化反应技术的结合将预示着传统化学工业的一项重大变革。

1.1 膜催化技术

膜催化技术是近年来在多相催化领域中出现的一种新技术，是催化领域的一门前沿学科。该技术是将膜分离功能与催化反应相耦合的一种新的化工过程强化技术。具体来说，就是将催化材料制成膜反应器或将催化剂置于膜反应器中操作，反应物可选择性地穿透膜并发生反应，或产物可选择性地穿过膜而离开反应区域，从而调节某一反应物（或产物）在反应器中的区域浓度，打破化学反应在热力学上的平衡或严格控制某一反应物参加反应时的量和状态，从而达到高选择性。膜催化技术将膜技术应用于催化反应领域，集催化反应和分离双重功能于一身，因此具有优于其他技术的特性。

1.1.1 膜催化反应及其特点

膜催化技术将膜技术应用于催化反应领域，集催化反应和分离双重功能于一身，因此具有一些优于其他技术的特性。

其具有如下反应特点：

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