磁性催化剂课件

1、 磁 性 催 化 剂姓名：学号:日期：目 录第一节 绪论第二节 磁性催化剂的特性第三节 磁性催化剂的分类及制备第四节 影响磁回收率的因素第五节 磁性催化剂的应用参考文献固体催化剂优点：高活性、高选择性、反应条件温和、可循环使用等。存在问题：分离回收困难将磁性材料引入固体催化剂赋予其磁学性能,使其在保持较高的催化活性下,又 具有一定的磁性,利用外加磁场实现回收再利用。第一节 绪论 随着环保意识的增强和绿色化学的持续发展,研制环境友好的催化剂越来越受到研究者的重视。 这样既有效实现了资源的再利用, 又保护了环境, 是一种环境友好催化剂, 是未来催化剂的发展方向。第二节 磁性催化剂的特性 磁性催化剂

2、是一类具有磁响应特性的催化剂。 结合磁性材料和催化材料的特性,应具有如下主要性质: 磁响应性 即磁性纳米微球对外加磁场的响应性。利用磁性纳米微球的磁响应性, 在外加磁场作用下,磁性纳米微球可以方便地进行分离和磁导向。 例如,当磁性Fe3O4晶体直径小于30nm时,具有超顺磁性, 即在磁场中有较强磁性,在没有磁场时磁性很快消失,从而使催化剂颗粒能够在磁场中不被永久磁化。 催化特性和稳定性能 与传统的催化剂相比, 除了具有一定的催化性能以外, 磁体的引人并不影响催化剂的催化特性和稳定性能。 第三节 磁性催化剂的分类及制备 根据磁载催化剂的核壳之间是否包覆结合层, 将其分为直接包覆和非直接包覆催化剂

3、。 直接包覆的磁性催化剂 磁性材料是磁性复合催化剂能否成功分离回收的关键,由于-Fe2O3 , Fe3O4 和MFe2O4 等物质具有较好的磁性、成本低廉, 所以常被用作这类复合催化剂的磁性材料。研究者通过各种方法尝试在-Fe2O3 或 Fe3O4表面直接包覆各种类型的催化剂。 实验证实, 新型催化剂以磁性材料为核,催化剂活性组分包覆在其外部形成包覆型的磁性催化剂。 电弧理论 电弧的实质是一种气体放电现象，在一定的条件下能使两极之间的气体空间导电，是电能转化为热能和光能的过程。 电弧的带电粒子主要由气体空间中气体的电离和电极电子发射两个过程产生。补充电弧放电的特点电弧能量集中，温度高，亮度大。

4、电弧是一种游离的气体电弧由三部分组成：阴极区、阳极区、弧柱区。电弧是一种自持放电现象。维持电弧稳定燃烧的电压较低。1、直流电弧等离子体法 采用直流电弧等离子体法制备的表面包覆碳膜的金属纳米颗粒, 有良好的抗氧化性和稳定性。在富碳气氛下蒸发金属是获得包覆碳膜的金属纳米颗粒的有效方法。 董星龙等人采用在甲烷气氛中直接蒸发块体单质金属, 获得了金属纳米胶囊。此方法具有制备简便、粒径分布均匀、可大量生产等优点。此法还可推广到制备多种金属、合金及碳化物的纳米胶囊上。2、电弧放电法 电弧放电法即在电极阳极中钻孔填充金属氧化物、石墨粉和沥青等, 并将此电极真空中退火处理,以除去杂质,然后在氢氩或氢氦混合气氛

5、中点弧后获得金属纳米颗粒。电弧法可以简便地产生多种元素或化合物的碳包纳米晶。 张桂林等人在氦和()3 气氛中, 用接触电弧法制备了大量的铁碳相小颗粒,它们被多层石墨层包裹着。实验发现,即使让这些包裹体暴露于大气中两个月,也未发现这铁磁相有什么变化。 3、催化气相裂解法 气相沉积法 两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。 催化气相裂解法以其设备简单、操作方便、成本低而被广泛采用。刘静等人以纯的硝酸铁和硝酸钴为主要原料, 按一定的F,摩尔比配制成溶胶-凝胶后采用超临界干燥工艺制备出含,的复合气凝胶作为催化剂。采用高温气相催化

6、裂解甲烷合成了碳包覆铁钴磁性纳米金属粒子。 主要领域固体酸催化固体碱催化生物催化光催化相转移催化第五节 磁性催化剂的应用1、纳米磁性固体酸催化 北京化工大学和哈尔滨工程大学等研究组根据将磁性材料和固体酸进行组装的设想,成功地制备出磁性纳米固体酸催化剂ZrO2/Fe3O4,SO42-ZrO2/Fe3O4。特点较小的粒子尺寸较强的磁性较高的醋化催化活性 易于过磁场进行回收使用寿命较长应用乙酸正丁醋合成柠檬酸三丁醋合成 注：催化活性随ZrO2含量的增加而提高。 层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxide,LDH）是水滑石（Hydrotalcite,HT）和类水滑石化合物（H

7、ydrotalcite-Like Compounds,HTLCs）的统称，由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料（LDHs）。 补充 化学组成可以表示为M1-xMx (OH)2 x + (An- )x/nmH2O ,其中M为Mg2+ ,Ni2+ , Co2+ , Zn2+ ,Cu2+ 等二价金属阳离子;M 为Al3+ ,Cr3+ ,Fe3+ 等三价金属阳离子;An - 为阴离子,如CO32- , NO3-, Cl- , OH- ,SO42-, PO43- , C6H4(COO)22-等无机和有机离子以及络合离子,则层间无机阴离子不同,LDHs的层间距不同。2、纳米磁性固体碱

8、催化剂 张海永等, 将磁性基质Fe3O4与镁铝水滑石固体碱进行组装, 用共沉淀双滴法合成出磁性镁铝水滑石固体碱。 磁性基质加人后, 磁性镁铝水滑石并没有改变其层状结构的典型特征, 颗粒粒径也没有明显增大,且保持在20-50nm之间; 比饱和磁化强度随磁性基质含量的增加而线性提高。 所得产物用于苯甲醛与丙二酸二乙醋间的Knoevenagel 缩合反应研究,利用磁场即可将磁性固体碱与反应体系进行有效分离回收。3、纳米磁性贵金属催化剂 鉴于经济和环境因素, 对贵金属或重金属催化剂的回收显得非常重要。 通常采用精馏等热操作进行回收, 但回收率较低。将均相催化剂固定在固体载体上易于催化剂的分离，但因位阻

9、和扩散的影响, 此类负载催化剂的活性急剧下降。 近年来，人们试图努力开发新型的催化剂体系, 使其能够有效结合均相和非均相催化剂的优点。磁性纳米粒子是一类重要的催化剂载体。被固定在磁性载体上的催化剂可以均相分散，且具有高活性，最终可以通过外界磁场快速与产物分离。4、纳米磁性光催化剂 半导体多相光催化法用于治理污染受到人们的重视，TiO2 化学稳定性高、耐光腐蚀、对人体无害，是理想的催化剂,但是分离、回收是制约其工业化的重要因素。 陈金媛等用溶胶-凝胶法, 在磁性Fe3O4表面包覆TiO2,形成平均尺寸为35-50 nm 的复合结构是一种便于回收、可重复使用的新型高效光催化剂。5、磁性相转移催化剂

10、 环状和线状聚醚通常具有良好的相转移催化活性，但这类物质在反应混合体系中难以分离，污染反应产物。以无机粒子为核的负载型或包覆型核/壳三相催化剂能有效提高机械强度、分离性能和重复使用性能，是聚合物相催化剂的发展方向。 6、磁性生物催化剂 大多数酶在生物催化中起着重要的作用, 但其回收率和产率低、有限的重复使用率以及快速失活等缺点限制其应用。可以通过物理吸附、交联等方式将酶分子固定在磁性微粒的表面, 来改善以上缺点。 钱斯日古楞等用磁性淀粉微球作为载体, 采用溴化氰活化法、戊二醛交联法及物理吸附法固定-乙酰乳酸脱羧酶, 其热稳定性、储存稳定性均比自由酶占优势, 且具有很强的操作稳定性。 参考文献1谢小莉.磁性催化剂的研究进展J.广州化工,2010,38(4):1214.2于濂清,钟晓亮,刘旭等.磁性催化剂的研究进展J .化工科技, 2010, 18(5) : 55 58.3鲁威，文庆，袁华等.磁稳定床及磁性催化剂的研究进展J.化学工程,2012,40(3):5357.4黎汉生,张东翔