СИНТЕЗ КАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ СеО2 ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ НИТРОСОЕДИНЕНИЙ-Дипломная работа

Содержание

Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 Механизм восстановления нитросоединений 6
1.2 Способы восстановления нитросоединений 7
1.2.1. Восстановление газообразным водородом 8
1.2.2. Восстановление боргидридом натрия 9
1.2.3. Восстановление гидратом гидразина 11
1.2.4. Генерация водорода in situ 12
1.2.5. Восстановление металлами 13
1.2.6. Сопряженные реакции 13
1.2.7. Фотокаталитическое восстановление 14
1.3 Особенности CeO2 как носителя 16
1.4 Особенности Ag для фотокатализа 18
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 20
2.1. Синтез катализаторов 20
2.2 Физико-химическое исследование образцов 21
2.3 Исследование каталитических свойств в реакции восстановления
нитробензола 22
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 24
3.1. Особенности пористой структуры и текстурные характеристики 24
3.2 Особенности восстановления образцов 26
3.3 Исследование оптических свойств катализаторов 28
3.4 Исследование каталитических свойств 29
ВЫВОДЫ 34
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 35

Введение

Превращение нитроаренов в амины имеет большое значение, так как амины являются важным прекурсором для синтеза красителей, пестицидов и фармакологических препаратов в химической промышленности [1].
На данный момент производство коммерческих аминов, главным образом, проводят при помощи некаталитического восстановления нитроаренов стехиометрическим методом такими восстановителями, как гидросульфат натрия, железо, олово или цинк в растворе аммиака [2]. Однако такие процессы несут в себе серьезную экологическую проблему и малоэффективны из-за плохой селективности данных подходов.
Напротив, каталитическое гидрирование является экологически безопасным и высокоэффективным методом [3, 4, 5]. Несмотря на то, что проведено много исследований каталитического гидрирования
нитроароматики, мало катализаторов отвечают требованиям для практического использования. Несколько научных проблем все еще остаются нерешенными:
1) Сложность осуществления селективного гидрирования с сохранением других функциональных групп. Кроме того, сложно контролировать степень восстановления нитрогруппы для получения полностью гидрированной аминогруппы.
2) Сложность получения катализатора с высокими значениями активности и селективности, так как рост селективности, зачастую, приводит к уменьшению активности.
3) Нет единого представления о механизме гидрирования нитроароматики.
Поэтому развитие более активных, селективных и экологически чистых катализаторов для синтеза аминов важно, как для фундаментальных исследований, так и для промышленного применения.
Целью настоящей работы было синтезировать и исследовать катализаторы на основе CeO2 при варьировании способа получения, исследовать каталитические свойства полученных катализаторов в реакции селективного восстановления нитрофенола.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
• Приготовить две серии Ag-CeO2 катализаторов методами соосаждения и пропитки;
• Рассмотреть текстурные характеристики и строение полученных образцов;
• Исследовать особенности их восстановления методом ТПВ-Н2;
• Оценить активность катализаторов в реакции восстановления нитрофенола.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

Заключение

1. Синтезированы две серии катализаторов Ag-CeO2 методами соосаждения и пропитки. Показано, что метод получения катализатора влияет на пористую структуру Ag-CeO2 катализаторов.
2. Методами ТПВ и ЭСДО показано усиление межфазного взаимодействия Ag-CeO2 в катализаторах, полученных методом осаждения, что связано с протеканием окислительно-восстановительной реакции между Ag(NH3)2+ и Се3+ в растворе во время осаждения.
3. Показано, что CeO2 не катализирует восстановление 4-нитрофенола в присутствии боргидрида натрия, в то время как Ag-CeO2 катализаторы проявляют высокую активность. Наибольшую активность проявили катализаторы, полученные методом соосаждения, что может быть связано с более сильным взаимодействием метал-носитель.
4. Показано, что восстановление нитросоединений до соответствующих аминов может быть реализовано при комнатной температуре, атмосферном давлении при использовании водных растворов.

Литература

1. Alexander A.M. Alternative catalytic materials: carbides, nitrides, phosphides and amorphous boron alloys / Alexander A.M., Hargreaves J.S // Chem. Soc. Rev. - 2010. - V.39. - P. 4388-4401.
2. Burawoy A. Electronic spectra of organic molecules and their interpretation—V: Effect of terminal groups containing multiple bonds on the K- bands of conjugated systems / Burawoy A., J. Critchley // Tetrahedron. - 1959. - V.5.
- P. 340-351.
3. Corma A. Chemoselective hydrogenation of nitro compounds with supported gold catalysts / Corma A., Serna P. // Science. - 2006. - V. 313. - Р. 332334.
4. Nanoscale Fe2O3-based catalysts for selective hydrogenation of nitroarenes to anilines / Jagadeesh R.V. [et al.] // Science. - 2013. - V.342. - P. 1073-1076.
5. Grirrane A. Gold-catalyzed synthesis of aromatic azo compounds from anilines and nitroaromatics / Grirrane A., Corma A., Garcia H. // Science. - 2008. - V. 322. - P. 1661-1664.
6. Serna P. Transforming nano metal nonselective particulates into chemoselective catalysts for hydrogenation of substituted nitrobenzenes / Serna P., Corma A. // ACS Catal. - 2015. - V. 5. - P. 7114-7121.
7. Review on selective hydrogenation of nitroarene by catalytic, photocatalytic and electrocatalytic reactions / Song J., [et al.] // Applied Catalysis B: Environmental. - 2018. - V. 227. - P. 386-408.
8. A different reaction pathway for the reduction of aromatic nitro compounds on gold catalysts / Corma A. // Chem. Int. Ed. - 2007. - V. 46. - P. 7266-7269.
9. Jackson S.D. The hydrogenation of nitrobenzene to aniline: a new mechanism / Jackson S.D., Gelder E.A., Lok C.M. // Chem. Commun. - 2005. - V. 4.
- P. 522-524.
10. Blaser H.U. Selective catalytic hydrogenation of functionalized nitroarenes: an update / Blaser H.U., Steiner H., Studer M. // ChemCatChem. - 2009. -V. 1. - P. 210-221.
11. Coaxial organic p-n heterojunction nanowire arrays: one-step synthesis and photoelectric properties / Cui Q.H., [et al.] // Adv. Mater. - 2012. - V. 24. - P. 2332-2336.
12. A new class of heterogeneous platinum catalysts for the chemoselective hydrogenation of nitroarenes / Pandarus V., [et al.] // Adv. Synth. Catal. - 2011. - V. 353. - P. 1306-1316.
13. Advantage of Ni/SBA-15 catalyst over Ni/MgO catalyst in terms of catalyst stability due to release of water during nitrobenzene hydrogenation to aniline / Mohan V., [et al.] // Catal. Commun. - 2012. - V. 18. - P. 89-92.
14. Kadama H.K. Advancement in methodologies for reduction of Nitroarenes / Kadama H.K., Tilve S.G. // RSC Adv. - 2015.
15. Pd immobilized on amine-functionalized magnetite nanoparticles: a novel and highly active catalyst for hydrogenation and Heck reactions / Zhang F., [et al.] // Green Chem. - 2011. - V. 5. - P. 1238-1243....59