负载双金属催化剂在微乳体系中催化肉桂醛加氢性能研究

The semi-hydrogenated products of cinnamaldehyde(CMA) such as cinnamyl alcohol(CMO) and hydrocinnamaldehyde (HCMA) are important fine chemicals and intermediates especially in perfume industry and medicine manufacture. Study on the selective hydrogenation of CMA is of great importance in potential industrial applications and theoretical aspects. Based on the rule of selective hydrogenation of CMA, we mainly design a series of bimetallic catalysts supported on ZrO2, TiO2 and CNTs used for the selective hydrogenation of CMA in microemulsion system, the presence of a second metal can tune and/or modify the catalytic properties of the other metal as a result of both electronic and structural effects. Microemulsions have been investigated as reaction media for various chemical reactions but has not been reported in the selective hydrogenation reaction. The aim of the present work is to investigate the catalytic properties in selective hydrogenation of CMA into the corresponding unsaturated alcohol over supported bimetallic catalysts in water/ethanol/reactant/surfactant microemulsion system.The microemulsion system can influence reaction regioselectivity due to oientation of reactants at the interfacial region by the attraction of the C=O end because of the polarity of the water which deeply increases the trend of the selective hydrogenation of C=O.

肉桂醛选择性催化加氢在精细化学工业和制药工业中是一个重要的反应，在选择性加氢催化理论的研究中又是一个模型反应，因此在反应理论的研究和工业上的应用都有着重要的意义。本项目以碳纳米管、二氧化锆、二氧化钛等作为催化剂载体，制备负载双金属加氢催化剂用于在微乳体系中肉桂醛的催化加氢反应。双金属催化剂中第二组分的存在能够影响或者改变负载单组分时催化剂的性能。微乳体系在材料制备等方面被广泛研究，而在催化加氢领域作为反应体系，还未见于文献资料，本研究采用O/W微乳体系作为反应溶剂，制备一系列微乳液，深入研究微乳体系界面定向性作用对生成产物选择性的影响，确立负载双金属催化剂与微乳体系对肉桂醛加氢的共同作用机理，为微乳体系应用于不饱和醛选择加氢提供理论依据，有望实现在低温低压下高活性、高选择性催化加氢肉桂醛生成肉桂醇。

肉桂醛选择性催化加氢在精细化学工业和制药工业中是一个重要的反应，在选择性加氢催化理论的研究中又是一个模型反应，因此在反应理论的研究和工业上的应用都有着重要的意义。本项目以碳纳米管、二氧化锆、二氧化钛等纳米材料，制备负载双金属催化剂用于在微乳体系中肉桂醛的催化加氢反应。微乳体系在材料制备等方面被广泛研究，而在催化加氢领域作为反应体系，还未见于文献资料，本研究采用O/W微乳体系作为反应溶剂，制备一系列微乳液，深入研究微乳体系界面定向性作用对生成产物选择性的影响，结果表明：以氧化锆，聚吡咯氧化锆纳米材料为载体负载金属催化剂时在DTAB/乙醇/水/肉桂醛微乳体系中肉桂醛的转化率相比于在单纯的乙醇体系中有显著提高，RuCo/PPy-ZrO2催化剂使肉桂醛的转化率提高的最多，转化率从45.4%提高到93.5%；RuNi/PPy-ZrO2催化剂的活性最好使得肉桂醛的转化率达到99.1%。除此之外，在DTAB/乙醇/水/肉桂醛微乳体系中加氢生成肉桂醇的选择性比在单纯乙醇体系中也有所提高。这说明随着溶剂极性的增加，C=O双键的选择性提高。我们据此推断出理想的反应模型，确立了负载双金属催化剂与微乳体系对肉桂醛加氢的共同作用机理。.以氮掺杂碳纳米材料为载体负载金属催化剂时的研究结果表明：不管是在乙醇体系还是微乳体系，随着氮掺杂碳载体中氮含量的增加肉桂醛催化加氢反应的转化率明显提高。相比于单纯的乙醇体系，无论在CTAB/乙醇/水/肉桂醛，还是在Tween80/乙醇/水/肉桂醛或AOT/乙醇/水/肉桂醛微乳体系中，肉桂醛的转化率均提高了。在此基础上，我们进一步考察了温度和助表面活性剂对微乳体系中肉桂醛加氢性能的影响，结果表明：（1）在CTAB/乙醇/水/肉桂醛微乳体系中，在反应温度20 ℃，反应时间3h时，肉桂醇选择性达到了80.4％，此时肉桂醛的转化率为95.7%，实现了在低温下的肉桂醛选择性加氢生成肉桂醇；（2）通过对多种助表面活性剂的应用比较，醇类助表面活性剂有利于微乳体系中肉桂醛加氢表现出较高的转化率和对肉桂醇的选择性。