锰氧化物合成及催化酯化反应的研究.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流锰氧化物合成及催化酯化反应的研究.精品文档.锰氧化物合成及催化酯化反应的研究摘 要：本论文通过对一系列纳米结构锰氧化物的制备及对其性质的表征，旨在寻找具有特殊性能的新型催化剂及其制备方法。实验利用Zn(Ac)2 和Mn(Ac)2为原料，H2O2为氧化剂在NaOH溶液中共沉淀制备ZnMn2O4。基于这种方法，改变反应条件（反应物摩尔配比，氧化剂用量，陈化时间，反应温度等）最终在常温常压的温和条件下得到了单一晶形的均匀纳米颗粒，粒径在10nm 20nm。同时也利用水热法制得了-MnO2纳米线，-MnO2纳米颗粒。最后利用XRD，TEM对所制得的产

2、品进行表征。 利用在不同条件下制得的一系列锰的氧化物催化合成乙酸异戊酯，分别得到其酯化率为：-MnO2纳米线：80%左右；-MnO2纳米颗粒：86%左右；ZnMn2O4（煅烧200500）：88%94%。关键词：纳米结构锰氧化物；纳米颗粒；水热法；乙酸异戊酯；酯化率Abstract: In order to look for the method of preparing new pattern of catalyst，which had some special performances, we prepared a chain of nanostructured manganese oxi

3、des and attributed their behavior in this articles. Zn(Ac)2 and Mn(Ac)2 were used to prepare ZnMn2O4 in the NaOH solution by the oxidizer of H2O2. Based on such a method, we transferred reaction conditions, such as the mol matching of the reactant, oxidizer dosage, ageing time , reaction temperature

4、 and so on. Ultimately, we had received unique crystal form and uniform nanoparticles, their diameter is about 10nm 20nm. Meanwhile, -MnO2 nanolines and - MnO2 nanoparticles were synthesized by the method of hydrothermal synthesis. Finally，XRD and TEM techniques were used to characterize the as-prep

5、ared products. Then we synthesized isoamyl acetate by using manganic oxide that been synthesized in different condition. The esterification ratio was concluded that -MnO2 nanolines: about 80%, - MnO2 nanoparticles: about 86%, ZnMn2O4 (furnacing200 500)：88%94%.Keywords: nanostructured manganese oxide

6、s; nanoparticles; hydrothermal synthesis; isoamyl acetate; esterification ratio 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明

7、本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后

8、果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、

9、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优

10、 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在

11、所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、

12、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日1 引言 纳米技术的发展为新材料开发提供了一条全新的途径，并注入了新的活力，必将推动信息、能源、环境、生物、农业、国防等领域的技术创新，成为继工业革命以来，三次主导技术引发的产业革命以后的第四次浪潮的基础。纳米技术既包含了丰富的科学内涵，又给人们提供了广阔的创新空间，从而成为物理，化学，材料科学，生命科学以及信息科学发

13、展的新领地。人们正在利用纳米技术在纳米尺度范围内认识和改造自然，通过直接操纵和安排原子，分子而创造新材料。纳米技术的出现标志着人类科学技术已进入了一个新的时代纳米科技时代。纳米是一个长度单位（1nm=10-9m），纳米科学是研究纳米尺度范畴内（1100nm）原子，分子和其它类型物质运动的变化的科学。而纳米技术则是在纳米尺度范围内对原子，分子等进行操纵和加工的技术。纳米科学技术是一门多学科交叉的，基础研究和应用开发紧密联系的高新科学技术。它包括纳米材料学，纳米电子学，纳米机械加工学，纳米生物学，纳米化学，纳米力学，纳米物理学和纳米测量学等若干领域1。纳米材料因其体积效应和表面效应等在磁性、催化、

14、光吸收、热阻和熔点等方面显示出特异的性质，因而受到人们的极大关注。纳米催化技术是非常重要的纳米技术的分支。在过去十年间纳米催化技术（主要是纳米粒子在催化反应中的应用）得到了迅速发展。这方面的研究工作集中在液相中的均相催化技术和负载于基底上纳米粒子的非均相催化技术。纳米粒子具有比相应的体相材料大得多的比表面积，因此更适于用作催化剂。1996年，报道合成了不同形貌的过渡金属纳米粒子，探索了它们在不同催化反应中的潜在应用2。最近的研究表明对于溶胶中的同一电子迁移反应，不同形貌的铂纳米粒子作为催化剂时表现出不同的活性3。这种由形貌决定的催化作用突出了纳米粒子作为催化剂的优势。显然这些处于纳米粒子棱角和

15、边缘的表面原子不稳定，在化学反应中易于表现出催化作用，并且使粒子形貌发生改变4。1.1 纳米材料的特异性能（1）表面效应指的是纳米粒子的表面原子与总原子之比，随着粒径的变小而急剧后所引起的性质上的变化，由于其具有很高化学活性，常用于做催化剂、助剂环境敏感性物质等。（2）小尺寸效应在物质的颗粒减小到纳米尺度（ Zn2Mn4O8纳米粒子 Mn3O4纳米粒子a- MnO2纳米棒市售MnO2。如果没有催化剂存在（空白），酯化率很低。4.4.2 Zn2Mn4O8催化剂在不同温度下煅烧后对其催化性能的影响为了研究Zn2Mn4O8纳米粒子的催化性能，我们又利用在不同温度下煅烧所得到的Zn2Mn4O8（500

16、以上得到纯态的ZnMn2O4）进行催化酯化反应，得到如下（图4-3）酯化率和煅烧温度之间的关系。样品在200有最高的催化酯化率。没有煅烧的样品比煅烧200的样品催化性能要差很多，我认为应该是在没有煅烧的样品中含有水分，而正是由于水分子的存在减小了催化剂和醇及酸的接触面因而导致催化效率下降；而在300之后的酯化率只所以降低的原因我认为可能是由于温度过高时，样品颗粒长大、聚集而使得其比表面积减小所致。图4.3 酯化率与煅烧温度间的关系5 结论与展望本文全面系统地介绍了纳米催化材料的特点，及其在主要的制备方法、有机合成领域的应用研究现状。特别是纳米结构锰氧化物在上述领域一直是研究的热点，目前仍然存在

17、制备方法复杂、应用研究范围狭小等问题。在此基础上，本文只要研究制备锌锰复合氧化物纳米材料的新方法，并进一步研究了一系列纳米结构锰氧化物对合成乙酸异戊酯的催化性能，为其实际应用奠定了实验基础。（1）常温常压和水热法成功控制合成了纳米结构锌锰复合氧化物。利用醋酸锌（Zn(Ac)2 2H2O）和醋酸锰（Mn(Ac)24H2O）为原料，双氧水为氧化剂，改变各方面反应条件（反应物摩尔配比，氧化剂用量，陈化时间，反应温度等），最终在常温常压的温和条件下得到了单一晶形的均匀ZnMn2O4复合氧化物纳米颗粒17，其具有很好的催化酯化反应性能。本实验方法简单，条件温和，无须用到高温高压的装置，操作安全可靠，后处

18、理只须在200的烘箱中烘烤几个小时就可以了。同时也利用水热法制得了-MnO2纳米线，对比了各种不同锰的氧化物的物理化学性质。（2）利用所制得的各种纳米结构锰氧化物对合成乙酸异戊酯酯化反应的催化活性进行实验。以所制备的纳米结构锰氧化物为催化剂，采用反应蒸馏技术进行了乙酸异戊酯的合成研究。实验发现，ZnMn2O4复合氧化物纳米颗粒对合成乙酸异戊酯酯化反应具有优良的催化活性。在相同反应条件下，它催化异戊醇的酯化率明显高于以a-MnO2纳米棒、- MnO2纳米颗粒和Mn3O4纳米粒子作为催化剂时的酯化率（催化乙酸异戊酯合成反应的最佳工艺条件为：酸醇摩尔比为1.5:1，催化剂量为反应物质量的0.2%，反

19、应时间为210 min）。在此条件下以ZnMn2O4复合氧化物纳米颗粒作为酯化反应的催化剂时的反应酯化率高达96%，虽然发现在反应过程中有部分催化剂溶解或是反应而消失，但是通过计算，即使是所有的催化剂都形成了醋酸盐，其最佳酯化率仍然在95%以上，而且也很容易将其和所形成的酯分离开来。由于时间关系，没有对反应后的产物做进一步分析，虽然结果可能存在一定的误差，但是我觉得，这种催化剂还是很有研究价值的。谢辞本次论文是在杨则恒老师和张卫新老师的大力支持和细心指导下顺利完成的，在为期三个月的毕业设计中，因为杨则恒老师、张卫新老师对我的悉心教导，使我不仅在实验和理论知识方面有一定收获，也使我明白了在科学研

20、究中不仅要有科学的方法，严密的思维，更要有端正的、实事求是的科研态度，在此向两位老师表示衷心的感谢!在实验过程中，唐述培老师和刘岸平老师在实验仪器及产物的测试方面给予了大力的支持，在此向两位老师表示感谢。另外，本次论文得到了本实验室的师兄，师姐及各位同学的无私帮助，借此机会一并向他们表示感谢！参考文献1 许并社.纳米材料及应用技术M.化学工业出版社,2004.1-3.2 Ahmadi T S,Wang Z L,Green T CJ. Science. 1996. 272.3 Narayanan R, El-Sayed A.J Nano. Lett., 2004.1343.4 Narayanan

21、 R, El-Sayed A. J. J. Phys Chem B, 2004.108.5 张全勤,张继文.纳米技术新进展M.国防工业出版社,2005.99.6 阎子峰.纳米催化技术M.化学工业出版社,2003.37.7 Zhang W X, Yang Z H, Liu Y. J J Cryst Growth, 2004, 263:394.8 Hong X L, Zhang G Y, Zhu Y YJ. Mater Res Bull, 2003, 38: 1695.9 Hill L I, Verbaere A, Guyomard D.J. J. Power Sources, 2003, 119-121