关键词：
树形大分子
多层次纳米粒子
银金属催化剂
对硝基苯酚
可再生催化剂
磁性
催化柱
摘要：
近年来,金属纳米粒子在催化领域的应用受到了广泛的关注。尤其在提高金属纳米粒子催化剂的催化效率和绿色环保性方面,一系列的金属类型复合催化剂日渐引起研究者们的兴趣。本论文在研究点缀银金属纳米粒子的树枝形大分子层修饰磁性聚合物微球和内部交联的聚合物微球的基础上,制备出了四种类型的具有催化性能的多层次复合粒子,还考察了树形外层接枝的磁性复合粒子的可再生催化性能,同时还考察了将多层次复合催化粒子填装进入催化柱中,详细研究了复合粒子在柱形催化体系中所表现出的催化性能并且讨论了如何提高催化剂寿命的问题,初步探讨了多层次纳米结构对粒子形态和复合粒子功能性的影响,展望了所合成多层次纳米复合粒子在更多领域的应用。具体工作如下：
1.采用羧基化的聚苯乙烯(PS)包覆Fe304磁性纳米粒子,将所合成的Fe3O4@PS复合微球作为磁性载体,通过微球表面的羧基将聚酰胺-胺类树形大分子(PAMAM)连接到磁性载体上,然后使银纳米粒子镶嵌在树形分子层中,制备得到了可再生的金属复合催化粒子Fe3O4@PS@PAMAM-Ag。并采用红外光谱、扫描电镜和X射线光电子能谱等方法对复合催化粒子进行了表征,结果表明,树形分子可以较好地承载和分散银纳米粒子,所制备的复合催化粒子具有较高的催化还原对硝基苯酚的活性,可以方便快捷地从反应体系中分离出来继续应用于下一次催化还原反应中,同时,在循环使用六次后复合催化粒子仍保持较高的催化性能。
2.制备得到了连接树形分子-银外层的复合聚合物粒子,同时将其应用在催化反应柱子中进行对硝基苯酚的催化还原。首先通过苯乙烯、丙烯酸和交联单体二乙烯基苯的分散共聚合制备出了交联的聚苯乙烯微球,平均粒径尺寸为450nm,粒径分布较窄,可以很好的作为树形分子-银外层的载体材料。然后采用逐步扩散法重复米歇尔加成和酯交换反应进行PAMAM树形分子外层的连接。而后银纳米粒子在还原剂的作用下可以在PAMAM树形分子层内生成。最后将获得的PS@PAMAM-Ag纳米复合粒子填装在催化柱子中,可以成功地将对硝基苯酚还原为对氨基苯酚,采用这种方法提高了催化效率,同时避免了催化剂分离的繁琐操作,提高了催化剂的使用寿命。
3.采用PS@PAMAM-Ag纳米复合粒子作为基质材料,利用其表面的银纳米粒子作为晶粒成核中心,将二氧化硅粒子层包裹在PS@PAMAM-Ag纳米复合粒子表面,形成PS@PAMAM@SiO2复合物粒子,经过APS硅烷偶联剂处理后,借助牢固的二氧化硅粒子层搭载更大密度的银纳米粒子,将所构成的多层次复合粒子填装在催化柱中进行对硝基苯酚的催化还原反应。由于二氧化硅粒子层存在,使得银纳米粒子在柱压下不容易发生团聚,而且这样的表面粗糙的形貌可以更好地应用于催化柱中,增加了粒子的润湿性和柱子中流动相的流动性,同时这样的多层次结构可以应用于其它功能性粒子的制备中。
4.采用APS改性后的二氧化硅粒子(SiO2-APS)作为载体中心,将银纳米粒子点缀在表面,形成SiO2-Ag复合纳米粒子,然后利用这一层银粒子作为成核中心,继续使用Stober溶胶-凝胶法覆盖二氧化硅粒子外层,得到草莓形状的SiO2@SiO2复合粒子,而后借助外层更大的比表面积而且牢固的二氧化硅粒子层搭载更大密度的银纳米粒子,最后将所形成的SiO2@SiO2-Ag多层次复合粒子填装在催化柱子中,催化还原对硝基苯酚的效果很好,进一步体现了所设计的多层次结构粒子可以应用于柱形催化体系中。
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