Синтез CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15 и исследование их каталитической активности в реакции окисления C6H5CH2OH в C6H5CHO пероксидом водорода | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 декабря, печатный экземпляр отправим 1 января.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Химия

Опубликовано в Молодой учёный №21 (259) май 2019 г.

Дата публикации: 20.05.2019

Статья просмотрена: 14 раз

Библиографическое описание:

Динь В. Т., Ву Т. З. Синтез CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15 и исследование их каталитической активности в реакции окисления C6H5CH2OH в C6H5CHO пероксидом водорода // Молодой ученый. — 2019. — №21. — С. 18-21. — URL https://moluch.ru/archive/259/59252/ (дата обращения: 16.12.2019).



Введение

Перовскиты известны как катализаторы с достаточно хорошей активностью для окислительно-восстановительных реакций. Однако они имеют небольшую удельную поверхность и низкую механическую прочность. В целях нивелирования этих недостатков большой интерес представляет метод диспергирования перовскитов на разных носителях. Одним из таких методов является введение перовскитов на мезоструктурированном материале SBA-15 [1].

Процесс окисления алкоголя занимает важное место в органическом синтезе, получаемые в ходе данного процесса продукты являются важным сырьем для химической, медицинской промышленности, производства косметических средств.

Процесс окисления алкоголя в газовой фазе имеет ряд недостатков: температура реакции нередко бывает очень высокой, время контакта между реагентами и катализатором непродолжительное, поэтому новым направлением в исследовании этой реакции стало изучение окисления в жидкой фазе. Сегодня выбирают агенты, способные к наиболее полному окислению, но, что более важно, не загрязняя окружающую среду, так, например, для реакции окисления алкоголя используется H2O2 [2].

Цель настоящей работы — синтез CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15/SBA-15 и исследование их каталитической активности в реакции окисления C6H5CH2OH в C6H5CHO пероксидом водорода.

Экспериментальная часть

Нанопорошки CrMn0,2Fe0,8O3 и SBA-15 были синтезированы по методике [3]. Образцы CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15 с отношением m(CrMn0,2Fe0,8O3): m(SBA-15) = 10 %, 20 %, 30 % и 40 % синтезированы путем добавления SBA-15 вместе с солями металлов, а затем как синтез перовскитов CrMn0,2Fe0,8O3.

Фазовые и структурные исследования проводились при комнатной температуре на рентгеновском дифрактометре Siemens D5000 с фокусировкой по Бреггу — Брентано на CuKα-излучении.

Реакцию окисления осуществляют в жидкой фазе, в колбе с тремя горловинами с обратным холодильником, капельной воронкой Н2О2 и магнитной мешалкой с нагревом при 60 °С. Реакция протекает в течение 5 ч.

Образцы после окисления анализировали с использованием газовой хроматографии — масс-спектрометрии (ГХ/МС) приборных комплексов Hewlett HP 6890, Mass selective detector Hewlett HP 573.

Для оценки каталитической активности проводятся эксперименты с 4 образцами с отношением m(CrMn0,2Fe0,8O3): m(SBA-15) = 10 ÷ 40 %.

Степень превращения реакции окисления C6H5CH2OH в C6H5CHO определяется из результатов ГХ/МС.

Обсуждение результатов

Рентгенограммы в диапазоне небольших углов CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15 и SBA-15 после прокаливания представлены на рис. 1.

На рентгенограмме (рис. 1а) образца 30 % CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15 имеет 3 пика: (100), (110), (200), характеризующие материал SBA-15. Однако эти пики менее интенсивны, чем исходный SBA-15 (рис. 1б), из-за частичного заполнения капилляров в целях уменьшения взаимодействия материала с рентгеновским пучком.

Рис. 1. Рентгенограммы образца SBA-15 после отжига (а) и образца

30 %CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15 (б)

Расстояние отражающей поверхности d100 образца 30 %CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15 также меньше, чем у исходного SBA-15 (табл. 1). Это является результатом конденсации силанольных групп (Si-OH) при прокаливании образца 30 %CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15 при более высокой температуре.

Таблица 1

Дифракционные параметры образцов SBA-15 после отжига и образца 30%CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15

Материалы

Расстояние между отражающими поверхностями (Å)

d100

d110

d200

SBA-15

108,86

62,43

53,53

30 % CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15

103,55

58,62

50,35

Из результатов ГХ/МС получили содержания C6H5CH2OH и C6H5CHO в образцах и рассчитали степень превращения C6H5CH2OH в C6H5CHO и другие продукты. Все результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2

Содержания продуктов и степень превращения бензилового спирта

Катализатор

Содержание продуктов (%)

Степень превращения бензилового спирта (%)

Бензальдегид

Бензиловый спирт

CrMn0,2Fe0,8O3

30,38

63,99

36,01

10 % CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15

36,86

60,74

39,26

20 % CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15

39,20

60,69

39,31

30 % CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15

49,37

50,56

49,44

40 % CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15

38,20

59,60

40,40

По данным таблицы видно, что cтепень превращения бензилового спирта образцов CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15 намного выше, чем у образца CrMn0,2Fe0,8O3. Это, с одной стороны, объясняется тем, что наночастицы перовскита диспергированы на материале SBA-15 с малым размером частиц. С другой стороны, возможно, что площадь поверхности материала перовскита/SBA-15 намного больше, чем CrMn0,2Fe0,8O3, поэтому адсорбционная емкость увеличивается, а размер капилляров благоприятен для диффузии агентов реагирования [1].

Из таблицы 2 видно, что при увеличении содержания перовскита содержание бензальдегида постепенно увеличивается, максимум достигается, когда содержание CrMn0,2Fe0,8O3 составляет 30 %. Это может быть связано с тем, что при низком содержании перовскита он хорошо диспергируется на SBA-15, поскольку каталитическая активность вызвана перовскитом. Следовательно, при небольшом содержании перовскита будет недостаточно активных центров, чтобы реагировать с высокой эффективностью.

Поскольку содержание CrMn0,2Fe0,8O3 продолжает увеличиваться, дисперсия перовскита невелика, перовскит в основном находится вне капилляра и образует частицы больших размеров, которые уменьшают площадь поверхности и понижают активность материала. Наивысшая степень превращения достигается при содержании перовскита 30 % с высоким содержанием активных центров и относительно хорошей дисперсией CrMn0,2Fe0,8O3 на SBA-15.

Заключение

Материал xCrMn0,2Fe0,8O3 (x = 10 ÷ 40 %) был успешно диспергирован на SBA-15.

Методы физических характеристик показывают, что материал после дисперсии перовскита по-прежнему сохраняет гексагональную структуру P6mm материала SBA-15. Однако наблюдается капиллярное сжатие, и порядок уменьшается из-за эффекта высокой температуры отжига и частичного покрытия поверхности SBA-15 нанопорошком CrMn0,2Fe0,8O3.

Полученный материал xCrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15 обладает более высокой каталитической активностью, чем CrMn0,2Fe0,8O3 в реакции превращения бензилового спирта в жидкой фазе. Катализатором с самой высокой степенью превращения является 30 % CrMn0,2Fe0,8O3/SBA-15 с относительно хорошей дисперсией перовскита и высокоактивными центрами.

Литература:

  1. Jiguang Deng, Lei Zhang. Insitute hydrothermally synthesized mesoporous LaCoO3/SBA-15 catalysts: high activity for the complete oxidation of toluene and ethylacetat // Applied Catalysis A: General. — 2009. — Vol. 352. — P. 43–49.
  2. Sotelo J. L., Ovejero G., Martinez F. Catalytic wet peroxide oxidation of phenolic solutions over a LaTi1−xCuxO3 perovskite catalyst // Applied Catalysis B: Environmental. — 2004. — Vol. 47. — P. 281–294.
  3. Динь В. Т., Ву Т. З. Синтез мезоструктурированного материала nCr2O3/SBA-15 и его применение для адсорбции красного ализарина С // Молодой ученый. — 2018. — № 16. — С. 3–8.
Основные термины (генерируются автоматически): бензиловый спирт, жидкая фаза, каталитическая активность, дисперсия перовскита, процесс окисления алкоголя, реакция окисления, содержание перовскита, содержание продуктов, материал, превращение.


Похожие статьи

Содержание продуктов истепень превращения бензилового...

реакцииокисление в жидкой фазе. Сегодня выбирают реагенты, способные окислить высокоактивно, но, что более важно, не загрязнить окружающую

Все результаты приведены в таб. 1. Таблица 1. Содержание продуктов истепень превращения бензилового спирта.

Создание и исследование катализаторов на основе солей...

В работе рассмотрены принципы формирования каталитических поверхностей с участием полимерных координационных соединений металлов. Дана оценка взаимодействия частиц в дисперсных системах. В статье описано получение катализаторов на основе солей олеиновой...

Реакционная способность новых пространственно-затруднённых...

Ингибиторы окисления (антиоксиданты) играют важную

Окисление органических соединений кислородом в жидкой фазе протекает по цепному механизму

Цель исследования заключается в исследовании антиоксидантной активности новых пространственно-замещённых фенолов [3].

Исследование фотокаталитической активности тонких пленок ZnO...

В работе исследована фотокаталитическая активность тонких пленок ZnO, полученных золь-гель методом, в модельной реакции окисления метиленового синего. Пленки были получены с использованием следующих прекурсоров: ацетат цинка, 2-метоксиэтанол...

Окисление фенола под действием окислительной системы...

Исследован способ деструктивного окисления фенола до углекислого газа и воды в мягких условиях. Определено влияние каталитических добавок серебра на степень превращения фенола в процессах жидкофазного окисления и непрямого электроокисления под действием...

Влияние содержание бора и фосфора на физико-химические...

Изучены физико-химические и каталитические свойства H-ультрасилов, модифицированных бором, фосфором в реакции этилирования этилбензола. Установлено, что в результате химического модифицирования H-ультрасила бором...

Значение перекисного окисления липидов в механизме...

Установлено, что степень увеличения содержания липидных перекисей в мембранах эритроцитов зависит от

Отмечено повышение антиоксидантной активности (уровень

19. Аматуни В. Г., Карагезян К. Г., Сафарян М. Д. Роль перекисного окисления липидов мембран...

Кинетика пероксидазного окисления гидрохинона перекисью...

Спектрофотометрическим методом изучена кинетика пероксидазного окисления гидрохинона перекисью водорода в зависимости от

При повышении рН скорость ферментативной реакции возрастает, и процесс каталитического окисления гидрохинона практически не зависит от рН...

Изучение физико-химических аспектов деструкции высококипящих...

Изучение промысловых гликолей показало, что среди продуктов распада наряду с идентифицированными низкокипящими (НК) продуктами деструкции (перекись водорода, формальдегид, ацетон, муравьиная и уксусная кислоты, гидроперекиси...

Похожие статьи

Содержание продуктов истепень превращения бензилового...

реакцииокисление в жидкой фазе. Сегодня выбирают реагенты, способные окислить высокоактивно, но, что более важно, не загрязнить окружающую

Все результаты приведены в таб. 1. Таблица 1. Содержание продуктов истепень превращения бензилового спирта.

Создание и исследование катализаторов на основе солей...

В работе рассмотрены принципы формирования каталитических поверхностей с участием полимерных координационных соединений металлов. Дана оценка взаимодействия частиц в дисперсных системах. В статье описано получение катализаторов на основе солей олеиновой...

Реакционная способность новых пространственно-затруднённых...

Ингибиторы окисления (антиоксиданты) играют важную

Окисление органических соединений кислородом в жидкой фазе протекает по цепному механизму

Цель исследования заключается в исследовании антиоксидантной активности новых пространственно-замещённых фенолов [3].

Исследование фотокаталитической активности тонких пленок ZnO...

В работе исследована фотокаталитическая активность тонких пленок ZnO, полученных золь-гель методом, в модельной реакции окисления метиленового синего. Пленки были получены с использованием следующих прекурсоров: ацетат цинка, 2-метоксиэтанол...

Окисление фенола под действием окислительной системы...

Исследован способ деструктивного окисления фенола до углекислого газа и воды в мягких условиях. Определено влияние каталитических добавок серебра на степень превращения фенола в процессах жидкофазного окисления и непрямого электроокисления под действием...

Влияние содержание бора и фосфора на физико-химические...

Изучены физико-химические и каталитические свойства H-ультрасилов, модифицированных бором, фосфором в реакции этилирования этилбензола. Установлено, что в результате химического модифицирования H-ультрасила бором...

Значение перекисного окисления липидов в механизме...

Установлено, что степень увеличения содержания липидных перекисей в мембранах эритроцитов зависит от

Отмечено повышение антиоксидантной активности (уровень

19. Аматуни В. Г., Карагезян К. Г., Сафарян М. Д. Роль перекисного окисления липидов мембран...

Кинетика пероксидазного окисления гидрохинона перекисью...

Спектрофотометрическим методом изучена кинетика пероксидазного окисления гидрохинона перекисью водорода в зависимости от

При повышении рН скорость ферментативной реакции возрастает, и процесс каталитического окисления гидрохинона практически не зависит от рН...

Изучение физико-химических аспектов деструкции высококипящих...

Изучение промысловых гликолей показало, что среди продуктов распада наряду с идентифицированными низкокипящими (НК) продуктами деструкции (перекись водорода, формальдегид, ацетон, муравьиная и уксусная кислоты, гидроперекиси...

Задать вопрос