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摘 要

本课题将考察不同变量交叉组合对所制备得到的固体Pt-Fe/C催化剂在对3,4-二氯硝基苯选择性加氢还原至3,4-二氯氨基苯时的活性、选择性以及寿命的影响。首先通过筛选C载体制备5款催化剂，使用微填充加氢固定床对催化剂性能进行初步评价，筛选出性能最优的1至2款使用多种不同条件进行优化。得到十余种优化后的催化剂，再进行二次筛选，挑选出性能最优的Pt-Fe/C催化剂。通过固定床测试以及ICP和TEM表征对比商业上用于-NO₂还原的Pt-Fe/C催化剂性能。

关键词：碳载体；负载型催化剂；铂铁催化剂；催化加氢；硝基还原

Preparation and hydrogenation performance of supported bimetallic Pt Fe / C catalyst

Abstract

This topic will investigate the activity and selection of the solid Pt-Fe/C catalyst prepared by the cross-combination of different variables in the selective hydrogenation and reduction of 3,4-dichloronitrobenzene to 3,4-dichloroaminobenzene. The impact of sex and longevity. First, prepare 5 types of catalysts by screening the C carrier, use the micro-packed hydrogenation fixed bed to conduct a preliminary evaluation of the catalyst performance, and select 1 to 2 with the best performance for optimization. More than ten kinds of optimized catalysts were obtained, and the second screening was carried out to select the Pt-Fe/C catalyst with the best performance. The performance of commercial Pt-Fe/C catalysts used for -NO₂ reduction was compared through fixed bed test and ICP and TEM characterization.

Keywords: Carbon carrier；Supported catalyst；Platinum iron catalyst；Catalytic；Nitro reduction

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1研究背景 1

1.2 文献综述 1

1.2.1 金属纳米离子属性 1

1.2.2 C载体属性 2

1.2.3 反应机理 3

第二章 实验部分 4

2.1 试验试剂和仪器 4

2.2.1 实验试剂 4

2.2.1 实验仪器 5

2.2 催化剂制备 5

2.2.1 配制前驱液 5

2.2.2 碳载体预处理 5

2.2.3 负载金属 5

2.3 催化剂评价 6

2.3.1 原料液配制 6

2.3.2 不同C载体催化剂性能测试 6

2.3.3 不同C载体催化剂反应结果 6

2.4 催化剂优化 7

2.5 六合釜二次筛选 7

2.6 固定床及表征测试结果 7

第三章 负载型Pt-Fe/C催化剂选择性加氢性能研究 8

3.1 制备Pt-Fe/C催化剂 8

3.1.1 原料标样 8

3.1.2 目标产物标样 9

3.1.3 五款催化剂测试结果 9

3.2 催化剂优化 10

3.3 优化后测试结果 10

3.4 寿命测试结果 12

3.5 催化剂电镜分析 13

第四章 成本核算 15

第五章 小结及展望 16

5.1 实验小结 16

5.2 创新点 16

5.3 未来展望 17

5.3.1 选择性催化脱溴 17

5.3.2 催化剂复活 17

致谢 18

参考文献 19

附录 21

1 五款优化后的自制催化剂及商业催化剂反应液气相色谱图 21

第一章 文献综述

1.1研究背景

化工生产对我国的经济总量贡献占比非常大，近年来已经超过20%，且应国家政策以及需求，全国化工经济生产总值仍在逐年递增。伴随着化工品需求量的增加，仅增加反应物料量、增大反应器体积已经不能满足人们对高速生产的要求，因此，如何提高体系中原料的转化速率，成为了大量科研人员的研究方向。

催化剂由于其能够加速反应，降低发生反应所需的活化能下限，因此在食品、化工和医疗生产以及环境治理等方面拥有极其重要的作用。催化剂加快反应进程甚至于能够使正常情况下不能进行的转化成为可能，因而能使化工成本明显甚至大幅度降低。

近年来，随着各种工业的兴起，各式催化剂被开发出来，应用于市场，以满足市场需求。其中氯代苯胺是一种重要的化工中间体，其能够在医药、染料和农药方面都能发挥特殊作用，在工业上，一般采用将氯代硝基苯氢化还原的方法得到氯代苯胺^[1]。而还原方法通常为：1、铁粉还原；2、硫化碱还原；3、催化加氢还原^[2]。

其中催化加氢还原优势明显，最为常用的一类硝基加氢催化剂是贵金属Pt，具有催化活性高，反应条件温和等特点，且这种催化剂拥有工艺先进、环境友好、制备方法简单和质量优异的优点，在市场上受到很高的重视^[3]。其能够在还原硝基同时能够有效抑制脱卤，防止设备腐蚀。如果使用碳作为Pt载体，在回收失活催化剂时，由于回收工艺简单、成熟以及环保等特点，贵金属消耗会更少，成本也会降低。

负载型Pt金属催化剂在对硝基苯中的硝基加氢还原反应中具有优良的反应活性，且反应条件温和，反应温度往往不超过100℃，部分会达到130℃，体系压力在1～5MPa之间^[4]。大量实验表明，以Pt作为催化金属时，大量硝基苯类有机物转化为氨基苯类有机物的转化率能达到95%以上。而大多数活性炭载体拥有800㎡/g的比表面积，因此以高比表面积的活性炭作为载体，可以提高Pt的负载量以及分散度，能够产生更多活性位点，提高反应活性。继而向Pt催化剂中引入第二金属Fe之后，纳米级别的Fe与Pt形成配合，更加有利于Pt均匀分布在活性炭表面，防止金属Pt粒子团聚，大大提高原子利用率。

1.2 文献综述

1.2.1 金属纳米离子属性

1、近年来对新型催化剂的研究日益增多，具体主要集中在以下两个方面：一是对已有材料的改性；二是减少材料中贵金属用量。催化剂的改性通常涉及到以下四个方面：(1)改变金属粒子的大小；(2)改变贵金属纳米颗粒的形貌；(3)将贵金属与其它金属形成合金或添加适当的离子来改性催化剂；(4)选择适当的载体，以调整金属与载体之间的作用。

载体对催化剂性能起着极其重要的作用，它不仅起物理支撑作用，还可以与活性组分发生相互作用从而影响其结构和性能。载体会对活性金属组分颗粒的大小和分布产生影响；载体也可能影响颗粒的形状，这是由于在金属与载体的接触部位存在着界面能的差异，高界面能会使金属润湿载体，从而尽可能大地分散到接触面上，低界面能会导致两相的接触较小；载体可以决定金属颗粒的结晶习性；载体影响最终聚集成颗粒的金属的比例。

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