一步法合成Pt@ZIF-8及其在1,4-丁炔二醇选择加氢中的应用

doi:10.1016/S1872-2067(16)62497-X

催化学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (9): 1555-1561.DOI: 10.1016/S1872-2067(16)62497-X

一步法合成Pt@ZIF-8及其在1,4-丁炔二醇选择加氢中的应用

李闯^a, 张明明^a, 邸鑫^a, 殷东东^a, 李文震^b, 梁长海^a

a. 大连理工大学化工学院先进材料和催化工程实验室, 辽宁大连 116024;
b. 爱荷华州立大学生物质可再生能源实验室, 美国爱荷华州 50011

收稿日期:2016-05-06 修回日期:2016-06-30 出版日期:2016-09-21 发布日期:2016-09-21
通讯作者: Changhai Liang
基金资助:
国家自然科学基金（21573031，21428301）；中央高校基本科研业务费专项资金（DUT15ZD106，DUT15RC（4）09）.

One-step synthesis of Pt@ZIF-8 catalyst for the selective hydrogenation of 1,4-butynediol to 1,4-butenediol

Chuang Li^a, Mingming Zhang^a, Xin Di^a, Dongdong Yin^a, Wenzhen Li^b, Changhai Liang^a

a. Laboratory of Advanced Materials and Catalytic Engineering, School of Chemical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China;
b. DCBE, Biorenewables Research Laboratory, Iowa State University, Iowa 50011, USA

Received:2016-05-06 Revised:2016-06-30 Online:2016-09-21 Published:2016-09-21
Contact: Changhai Liang
Supported by:
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(21573031 and 21428301) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities(DUT15ZD106 and DUT15RC(4)09).

摘要/Abstract

摘要：

1,4-丁炔二醇（BYD）部分加氢生成1,4-丁烯二醇（BED），BED进一步加氢生成1,4-丁二醇（BDO）.此外，BYD，BED和BDO还会发生脱水反应生成单醇类产物.工业上BYD加氢反应主要用于生产BDO.由于传统的单金属加氢催化剂很难控制反应的加氢程度，因此一般通过提高反应温度和压力使BYD尽量转化为完全加氢产物BDO，以减少部分加氢产物BED对最终产品收率的影响.部分加氢产物BED在精细化工领域也具有重要的应用，所以选择合适的催化剂和反应条件来提高部分加氢产物BED的选择性具有重要的理论意义和潜在应用价值.文献中常采用Zn、微生物等活性抑制剂来降低贵金属催化剂的加氢活性.这些方法往往比较复杂，所使用的添加剂不仅存在毒性和污染产物，还会增加成本.这些方法得到的催化材料虽然可以提高烯醇的选择性，但是仍需要严格控制反应条件才能得到较高收率的部分加氢产物.本文基于MOFs材料独特的结构和性质，探索了MOFs负载型贵金属催化剂在选择加氢反应中的催化性能.首先制备了一种羧酸根保护的Pt纳米溶胶，并以水为溶剂，增加2-甲基咪唑的加入量，实现了室温下ZIF-8晶体的快速生成.在室温合成ZIF-8的过程中加入羧酸根保护的Pt纳米溶胶，通过羧酸根与ZIF-8之间存在的化学吸附力，实现ZIF-8对Pt纳米粒子的包覆.羧酸根不仅可以稳定溶液中的纳米粒子，同时还起着“桥梁”的作用.羧酸根中的C=O基团与ZIF-8中的Zn原子或有机骨架之间弱的配位作用，增加了纳米粒子和ZIF-8之间的亲和力，实现了金属纳米粒子被ZIF-8包围.Pt纳米粒子的引入对ZIF-8的形成也没有影响，得到的Pt@ZIF-8材料拥有良好的晶体结构和高的比表面积.采用XRD、N₂吸附和TEM等表征揭示了Pt@ZIF-8的结构特点，并研究了其在水相1,4-丁炔二醇加氢反应中的催化性能.结果显示，该材料不仅具有很高的活性，还具有突出的部分加氢选择性.在5次循环反应中，BYD转化率没有明显变化，说明催化剂在反应过程中活性没有降低.在多次反应之后，反应产物的分布也没有发生明显变化，1,4-丁烯二醇选择性在5次反应中都保持在94%以上.结构表征结果则显示，在4次循环使用之后，催化剂的结构已经遭到破坏；5次循环使用之后，催化剂的XRD谱图中ZIF-8的特征衍射峰完全消失.其余谱峰为ZnO特征衍射峰，说明由于反应温度较高，催化剂在多次反应之后其载体ZIF-8发生了分解.循环寿命实验说明，ZIF-8中Zn离子和含氮有机骨架的抑制作用是导致1,4-丁烯二醇高选择性的重要原因.ZIF-8的分解虽然会使孔道塌陷，但是结构中的Zn和含氮的有机骨架组成依然存在，仍然可以达到抑制烯醇进一步加氢的效果，并且Pt纳米溶胶主要存在于外表面，所以催化剂的活性和选择性没有发生明显变化.

关键词: 铂溶胶, ZIF-8, 一步合成, 1,4-丁炔二醇, 选择加氢

Abstract:

A catalyst consisting of platinum nanoparticles on a ZIF-8 support(Pt@ZIF-8) was synthesized in a straightforward one-step procedure, by adding a nanostructured platinum sol during the formation of ZIF-8 at room temperature. Pt@ZIF-8 was highly porous and well crystallized. The Pt nanoparticles were well dispersed within the ZIF-8 support. In the hydrogenation of 1,4-butynediol, Pt@ZIF-8 exhibited high activity, excellent selectivity for 1,4-butenediol of greater than 94%, and reusability. The Pt@ZIF-8 catalyst did not require further additives. The favorable catalytic performance was attributed primarily to the modification of the ZIF-8 support by the platinum nanoparticles.

Key words: Platinum sol, ZIF-8, One-step synthesis, 1,4-Butynediol, Selective hydrogenation

李闯, 张明明, 邸鑫, 殷东东, 李文震, 梁长海. 一步法合成Pt@ZIF-8及其在1,4-丁炔二醇选择加氢中的应用[J]. 催化学报, 2016, 37(9): 1555-1561.

Chuang Li, Mingming Zhang, Xin Di, Dongdong Yin, Wenzhen Li, Changhai Liang. One-step synthesis of Pt@ZIF-8 catalyst for the selective hydrogenation of 1,4-butynediol to 1,4-butenediol[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37(9): 1555-1561.

×
扫码分享

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: https://www.cjcatal.com/CN/10.1016/S1872-2067(16)62497-X

https://www.cjcatal.com/CN/Y2016/V37/I9/1555

参考文献

[1] A. Molnar, A. Sarkany, M. Varga, J. Mol. Catal. A, 2001, 173, 185-221.
[2] M. Crespo-Quesada, F. Cardenas-Lizana, A. Dessimoz, L. Kiwi-Minsker, ACS Catal., 2012, 2, 1773-1786.
[3] J. M. Winterbottom, H. Marwan, J. Viladevall, S. Raymarhasay, Stud. Surf. Sci. Catal., 1997, 108, 59-66.
[4] R. V. Chaudhari, R. Jaganathan, D. S. Kolhe, G. Emig, H. Hofmann, Appl. Catal., 1987, 23, 141-159.
[5] M. M. Telkar, C. V. Rode, V. H. Rane, R. Jagernathan, R. V. Chaudhari, Appl. Catal. A, 2001, 216, 13-22.
[6] H. Lindlar, Helvet. Chim. Acta., 1952, 35, 446-450.
[7] A. Bruehwiler, N. Semagina, M. Grasemann, A. Renken, L. Kiwi-Minsker, A. Saaler, H. Lehmann, W. Bonrath, F. Roessler, Ind. Eng. Chem. Res., 2008, 47, 6862-6869.
[8] R. V. Chaudhari, M. G. Parande, P. A. Ramachandran, P. H. Brahme, H. G. Vadgaonkar, R. Jaganathan, AIChE J., 1985, 31, 1891-1903.
[9] G. Bollger, R. Boer, W. Wache, H. Gratze, W. Koerning, DE Patent 2451929, 1976.
[10] J. Wood, L. Bodenes, J. Bennett, K. Deplanche, L. E. Macaskie Ind. Eng. Chem. Res., 2010, 49, 980-988.
[11] M. M. Zhang, J. C. Guan, B. S. Zhang, D. S. Su, C. T. Williams, C. H. Liang, Catal. Lett., 2012, 142, 313-318.
[12] M. Sabo, A. Henschel, H. Frode, E. Klemm, S. Kaskel, J. Mater. Chem., 2007, 17, 3827-3832.
[13] X. F. Zhang, F. X. Llabres, I. Xamena, A. Corma, J. Catal., 2009, 265, 155-160.
[14] G. Lu, S. Z. Li, Z. Guo, O. K. Farha, B. G. Hauser, X. Y. Qi, Y. Wang, X. Wang, S. Han, X. Liu, J. S. DuChene, H. Zhang, Q. Zhang, X. Chen, J. Ma, S. C. Joachim Loo, D. W. Wei, Y. Yang, J. T. Hupp, F. Huo, Nature Chem., 2012, 4, 310-316.
[15] D. Farrusseng, S. Aguado, C. Pinel, Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 7502-7513.
[16] C. J. Stephenson, J. T. Hupp, O. K. Farha, Inorg. Chem. Front., 2015, 2, 448-452.
[17] X. Q. Jia, S. H. Wang, Y. Fan, J. Catal., 2015, 327, 54-57.
[18] Y. Zhang, A. Thomas, M. Antonietti, X. C. Wang, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 50-51.
[19] Y. Wang, J. Yao, H. R. Li, D. S. Su, M. Antonietti, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 2362-2365.
[20] M. M. Zhang, Y. B. Yang, C. Li, Q. Liu, C. T. Williams, C. H. Liang, Catal. Sci. Technol., 2014, 4, 329-332.
[21] C. Li, Z. F. Shao, M. Pang, C. T. Williams, C. H. Liang, Catal. Today, 2012, 186, 69-75.
[22] C. Li, Z. F. Shao, M. Pang, C. T. Williams, C. H. Liang, Ind. Eng. Chem. Res., 2012, 51, 4934-4941.
[23] J. M. Winterbottom, H. Marwan, J. Viladevall, S. Sharma, S. Raymahasay, Stud. Surf. Sci. Catal., 1997, 108, 59-66.
[24] V. I. Rode, P. R. Tayade, J. M. Nadgeri, R. Jaganathan, R. V. Chaudhair, Org. Process Res. Dev., 2006, 10, 278-284.
[25] J. A. Isaeva, O. P. Tkachenko, E. V. Afonina, L. M. Kozlova, G. I. Kapustin, W. Grünert, S. E. Soloveva, I. S. Antipin, L. M. Kustov, Microporous Mesoporous Mater., 2013, 166, 167-175.
[26] K. Sumida, S. Horike, S. S. Kaye, Z. R. Herm, W. L. Queen, C. M. Brown, F. Grandjean, G. J. Long, A. Dailly, J. R. Long, Chem. Sci., 2010, 1, 184-191.
[27] E. Joannet, C. Horny, L. Kiwi-Minsker, A. Renken, Chem. Eng. Sci., 2002, 57, 3453-3460. J. A. Bennett, G. A. Attard, K. Deplanche, M. Casadesus, S. E. Huxter, L. E. Macaskie, J. Wood, ACS Catal., 2012, 2, 504-511.

一步法合成Pt@ZIF-8及其在1,4-丁炔二醇选择加氢中的应用

One-step synthesis of Pt@ZIF-8 catalyst for the selective hydrogenation of 1,4-butynediol to 1,4-butenediol

PDF

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

扫码分享

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

[1]	谭媛, 刘晓艳, 张磊磊, 刘菲, 王爱琴, 张涛. 纳米金催化肉桂醛选择加氢制肉桂醇[J]. 催化学报, 2021, 42(3): 470-481.
[2]	陈霄, 石闯, 梁长海. 炔醇选择加氢催化剂研究进展[J]. 催化学报, 2021, 42(12): 2105-2121.
[3]	朱鹏飞, 尹晓荷, 高新华, 董国辉, 徐景坤, 王传义. ZIF-8衍生的具有可控氧空位的ZnO对光催化去除NO的增强及毒性NO₂形成的抑制[J]. 催化学报, 2021, 42(1): 175-183.
[4]	刘华, 柴梦倩, 裴广贤, 刘晓艳, 李林, 康磊磊, 王爱琴, 张涛. IB金属对Ni/SiO₂催化剂乙炔选择性加氢反应性能的影响[J]. 催化学报, 2020, 41(7): 1099-1108.
[5]	高睿杰, 潘伦, 李正稳, 张香文, 王莅, 邹吉军. 氮掺杂碳包覆纳米钴颗粒用于硝基芳烃室温选择性加氢[J]. 催化学报, 2018, 39(4): 664-672.
[6]	殷冬冬, 任航星, 李闯, 刘进轩, 梁长海. MIL-101(Cr)-NH₂负载Pd低温催化糠醛高选择性加氢生成四氢糠醇[J]. 催化学报, 2018, 39(2): 319-326.
[7]	宋松, 王栋, 狄璐, 王传明, 戴卫理, 武光军, 关乃佳, 李兰冬. 高效钴氧化物催化羧酸可控加氢制醇[J]. 催化学报, 2018, 39(2): 250-257.
[8]	张迪, 罗靖洁, 王佳杰, 肖鑫, 刘岳峰, 齐伟, 苏党生, 储伟. 高分散Ru/FeO_x催化剂在二氧化碳选择加氢反应中的应用及其催化活性的调控[J]. 催化学报, 2018, 39(1): 157-166.
[9]	鄢峰, 赵才贤, 易兰花, 张景才, 葛炳辉, 张涛, 李为臻. Pt在MgAl₂O₄载体上的分散程度对催化苯甲醛加氢反应影响[J]. 催化学报, 2017, 38(9): 1613-1620.
[10]	胡龙兴, 邓桂花, 陆文聪, 陆永生, 张雨瑶. Mn₃O₄/金属有机骨架材料活化过一硫酸盐降解水中难降解有机污染物罗丹明B[J]. 催化学报, 2017, 38(8): 1360-1372.
[11]	李灿. N/C稳定的单原子Co催化剂[J]. 催化学报, 2016, 37(9): 1443-1445.
[12]	刘计省, 刘坚, 赵震, 宋卫余, 韦岳长, 段爱军, 姜桂元. 具有丰富介孔Cu-SAPO-34催化剂制备及其低温氨气选择性催化还原反应[J]. 催化学报, 2016, 37(5): 750-759.
[13]	Pongsaton Amornpitoksuk, Sumetha Suwanboon. AgBr/Ag₃PO₄光催化降解染料的性能及其降解产物的生态毒性[J]. 催化学报, 2016, 37(5): 711-719.
[14]	张明明, 高雅, 李闯, 梁长海. MOCVD法制备Pd@ZIF-8催化剂及其催化Suzuki反应性能[J]. 催化学报, 2015, 36(4): 588-594.
[15]	王正宝, 张琪, 路晓飞, 陈双佳, 刘春杰. 低碱度共沉淀法制备苯选择加氢Ru-Zn催化剂[J]. 催化学报, 2015, 36(3): 400-407.