摘 要

进入21世纪后，随着科学技术的逐步发展，环境污染渐渐成为了社会关注的焦点问题。BPA经过了动物来做的试验证明了它拥有雌激素样的性质，从而有生殖毒性之类的风险。电子工业的广泛应用导致了含有双酚A的电子废水的生产。 苯酚广泛存在于工业、农业废水中的污染物，将其氧化分解会比较困难，具有一些潜在的危害，苯二酚是医药工业和有机化工的基本原料，因此将苯酚转化为苯二酚不但可以减少苯酚危害，而且有利于提高其工业价值。

本工作主要致力于负载双金属多孔材料Cu/Fe-SBA-15的制备，及其降解双酚A和催化氧化苯酚到苯二酚反应的应用。由于SBA-15 具有较厚的孔壁，良好的水热稳定性，因此，如何利用SBA-15治理水污染显得十分重要。在有序介孔碳复合催化剂中嵌入铁铜双金属纳米粒子，制备目标催化剂。通过对催化剂进行SEM、XRD、FR-IT、N₂吸附-脱附等表征后，得到的结果表明了催化剂较好的保持了原有的二维六方结构。铁铜合金纳米粒子在有序介孔碳基体中高度分散。作为一种类Fenton催化剂，在降解过程中体现出了很不错的运用前景。本次实验选用苯酚、双酚A(BPA)作为模型，探究目标催化剂的氧化和降解效果。

关键词：SBA—15 Cu/Fe双金属 双酚A 苯酚

Preparation of Bimetallic Porous Material Cu/Fe-SBA-15 and Its Catalytic Application

ABSTRACT

After entering the 21st century, with the gradual development of science and technology, environmental pollution has gradually become a focus of social concern. BPA has been tested with animals to prove that it has estrogen-like properties and thus has the risk of reproductive toxicity. The widespread use of the electronics industry has led to the production of electronic wastewater containing bisphenol A. Phenol is widely found in industrial and agricultural waste water. It will be difficult to oxidize and decompose it. It has some potential hazards. Dihydroxybenzene is a basic raw material for the pharmaceutical industry and organic chemicals. Therefore, converting phenol to hydroquinone can not only Reduce phenol hazards and help increase industrial value.

This work mainly focuses on the preparation of Cu/Fe-SBA-15 bimetallic porous materials and its application for the catalytic oxidation of benzene to phenol. Because SBA-15 has a thick hole wall and good hydrothermal stability, how to use SBA-15 to treat water pollution is very important. The iron-copper bimetallic nanoparticles were embedded in the ordered mesoporous carbon composite catalyst to prepare a target catalyst. After characterization of the catalyst by SEM, XRD, FR-IT, etc., the results showed that the catalyst is an ordered two-dimensional hexagonal structure. The iron-copper alloy nanoparticles are highly dispersed in the ordered mesoporous carbon matrix. As a kind of Fenton catalyst, it shows a very good application prospect in the degradation process. In this experiment, phenol and bisphenol A (BPA) were used as models to investigate the oxidation and degradation effects of the target catalyst.

KEYWORDS: SBA-15 Cu/Fe bimetallic Bisphenol A Phenol

目录

摘要 2

ABSTRACT 3

第一章 绪论 1

1.1 SBA-15历史背景 1

1.2 SBA-15化学改性 1

1.2.1 SBA-15的改性原理和途径 1

1.2.2 有机基团改性的SBA-15系列催化剂 2

1.2.3 酸改性的SBA-15系列催化剂 2

1.2.4 金属改性的 SBA-15 系列催化剂 3

1.3 类Fenton反应 4

1.4 双酚A的降解 5

1.5 苯酚的氧化 6

1.6 论文选题及研究思路 6

第二章 实验 8

2.1 实验仪器及试剂 8

2.2 实验过程 9

2.2.1 催化剂的制备 9

2.2.2 铜铁双金属多孔硅材料的表征 9

2.2.3 催化剂性能评价 10

2.3 结果与讨论 10

2.3.1 合成机理 10

2.3.2 材料的结构表征 11

2.3.3 BPA的降解分析 14

2.3.4 苯酚的氧化分析 15

第三章 结论 17

参考文献 18

致谢 21

第一章 绪论

1.1 SBA-15历史背景

介孔分子筛，孔径在2～50 nm的无机多孔材料，具备均匀的孔径分布和常规的孔隙结构。1992 年，Kresge等首次合成了MCM41介孔分子筛^{[1, 2]}。由于其特殊的表面积、均匀的孔径和可调节的孔径，这些介孔分子筛可以用于有机分子和生物应用。大分子的固定化和催化转化也可以作为纳米颗粒靶向合成的理想纳米材料。

纯硅介孔分子筛并不可以直接当作是催化剂来使用，这是因为二氧化硅其实并不具备氧化还原的这一个性质。我们只有根据它的功能化改性，把介孔分子筛进行实验制备，使介孔分子筛拥有了催化活性之后才能作为催化剂来使用。根据这个性质，越来越多的研究者对介孔分子的改性进行了很多的探究工作从而获得更高的催化活性。1998年，赵东元等^[3]采用P123成功的把有序二维六方相介孔分子筛SBA-15给研制成功了，这一成果是化学界中的一大突破。对于当前社会的发展来说，SBA-15的进一步探究是十分有必要的，这是当今社会十分热门的探究。

1.2 SBA-15化学改性

1.2.1 SBA-15的改性原理和途径

介孔材料具备有化学改性的原理是因为介孔材料本身拥有硅烃基。SBA-15拥有孤立的、孪式的和氢键的三种羟基在其表面。但它们的化学活性却并不一样，前面两种的硅羟基拥有很不错的化学活性，而氢结合的硅烃基无任何的化学活性，但是它们却可以经由加热从而转为自由的硅烃基。硅烃基通过和活性组分之间能够产生相互的作用，将催化活性的位置安放其中，随即便完成了对SBA-15的修饰。

为了制备SBA 15介孔材料，使其具有较好的骨架次序、更大的比表面积、更合适的孔隙结构和更广阔的应用领域，研究人员做了大量的工作^[4-6]。SBA-15的改性方式可以分为直接合成和后合成两类。直接合成方法意味着在制备SBA-15的时候进行了修饰。后合成的方法意味着SBA-15被合成之后才是被修饰。常见的后合成法包括浸渍法、嫁接法、沉淀法、原位还原法和离子交换法等。SBA-15改性材料在社会生活中的运用十分的广泛，可作为吸附材料^[7-9]，测量与分离^[10-11]、药物运输^[12-13]和制备新材料^[14]。

1.2.2 有机基团改性的SBA-15系列催化剂

用在SBA-15改性中我们经常可以见到的有机基团占比例较大的有烷氧基、醛、氨基和烷基。通过合成之后的改性材料可以应用在很多方面。

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