Preparation, characterisation and selective hydrocarbon transformation applications of flatmodel and zeolite-supported platinum catalysts
Loading...
Files
Date
2014-10
Authors
Magqi, Nceba
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of the Free State
Abstract
English: Allyl, amino and silanol (Si-OH) functionalised silicon wafers with epitaxial layer of SiO2
(SiO2/Si-wafers) were used as two-dimentional supports to prepare flat model Pt/SiO2/Si-wafer catalysts by
spin coating and grafting of suitable platinum precursors followed by calcination and reduction. X-ray
photoelectron spectroscopy (XPS) revealed that H2PtCl6 reacted with surface allyl groups to form π-olefin Pt2+
supported complexes. Residual Si-OH groups also reacted with H2PtCl6 to form Pt4+ species. Together, the
different surface Pt species formed a heterogeneous coating on the surface of Si-wafer. The platinisation of
aminated silicon surfaces with K2PtCl4 dissolved in aqueous ethanol resulted in the reduction of the Pt(II)
precursor and immobilisation of the resultant metallic Pt particles on the model Si-wafer. Calcination and
reduction of the surface Pt species resulted in the formation of relatively small Pt particles, 1-5 nm average
particle diameter, which interacted with the silicon surface via boundary Pt2+-O-Si bonds or Pt2+-N-Si bonds.
The prepared flat model Pt/SiO2/Si-wafer catalysts had catalytic activity in solvent-free aerobic oxidation of
1-octadecanol to carbonyl compounds. A selection of the prepared flat model Pt/SiO2/Si-wafer catalysts were
also shown to have activity in hydrogenation of alkene and carbonyl functional groups.
The preparation and characterisation of Pt catalysts supported on alkaline KL-zeolite and acidic
HY-zeolites are also described. Two types of Pt/KL-zeolite catalysts were investigated. Those Pt/KL-zeolite
catalysts prepared by vapour phase impregnation had a high particle dispersion (91.5 % vs. 75.8 %) and
smaller particles sizes (average diameter = 1.2 nm vs.1.5 nm) compared to the equivalent Pt/KL-zeolite
catalysts that were obtained by incipient wetness impregnation. In aromatisation of n-alkanes, the Pt/KLzeolite
catalysts obtained by vapour phase impregnation were more active and more tolerant to oxygenates
present in the feed than the Pt/KL-zeolite catalysts obtained by incipient wetness impregnation. A correlation
between the concentrations of acetic acid in the feed, the amount of coke deposit on spent catalysts and
catalyst deactivation was established. Pt/KL-zeolite and Pt/HY-zeolite catalysts were also applied in liquid
phase oxidation of primary alcohols under mild conditions (ca.100 °C and ambient pressure). Moderate
substrate conversion (10-40 %) was achieved.
Afrikaans: Alliel, amino en silanol (Si-OH)-gefunksionaliseerde silikon wafers met epitaksiale SiO2 (SiO2/Si-wafers) lagies is gebruik as twee-dimensionele (2-D) ondersteunende platvorms om plat model Pt/SiO2/Si-wafer katalisatore voorteberei met behulp van roterende verdampingsbedekking (die ekwivalent van nat chemiese impregnasie) van geskikte platinum uitgangstowwe gevolg deur kalsineering en reduksie. X-straal fotoelektron spektroskopie (XPS) het getoon dat H2PtCl6 met wafers wat oor oppervlak allielgroepe beskik reageer om π-olefien Pt2+ komplekse te vorm. Oorblywende (residuele) Si-OH groepe ondergaan ook interaksie met Pt2+ om Pt4+ spesies te vorm. Tesame vorm al die Pt spesiesoorte ‘n heterogene mengsel wat die oppervlakte van die Siwafer bedek. Die platineering van geamineerde silikonoppervlaktes met K2PtCl4 opgelos in waterige etanol lei tot die reduksie van Pt(II) voorgangers en die immobilisasie van platinum metaaldeeltjies. Die kalsineering en reduksie van die oppervlak metaal Pt spesies lei tot die vorming van relatiewe klein Pt deeltjies met ‘n gemiddelde deeltjiedeursnit van 1-5 nm, wat ‘n interaksie met die ondersteunende silikon wafer ondergaan deur middel van grensvlak Pt2+-O-Si of Pt2+-N-Si bindingsmodes. Die voorbereide Pt/SiO2/Si-wafer katalisatore toon katalitiese aktiwiteit in die oplosmiddelvrye lug oksidasie van 1-oktadekanol na karbonielverbindings. Sekere geselekteerde model Pt/SiO2/Si-wafer katalisatore toon ook katalitiese aktiwiteit in die hidrogeneering van alkeen en karboniel funksionele groepe. Die voorbereiding en karateriseering van Pt katalisatore ondersteun op KL-zeoliete en HY-zeoliete is ook beskryf. Twee soorte Pt/KL-zeoliet katalisatore is ondersoek. Pt/KL-zeoliet katalisatore wat voorberei is deur gasfase impregnasie het ‘n hoë deeltjiedispersie (91.5 % vs. 75.8 %) en kleiner deeltjiegroottes in vergelyking met die Pt/KL-zeoliet wat voorberei is deur aanvangsbenattingsimpregnasie (gemiddelde deursnit = 1.2 nm vs.1.5 nm). In die aromatisering van n-alkane, was die Pt/KL-zeoliet katalisatore wat voorberei is deur gasfase impregnasie meer aktief en meer verdraagsaam teen suurstof-bevattende verbindings as die Pt/KL-zeoliet wat voorberei is deur aanvangsbenattings impregnasie. ‘n Korrelasie tussen die konsentrasie van asynsuur in die voerstroom, die hoeveelheid neergeslane kooks op die uitgeputte katalisatore en katalis deaktiveering is vasgestel. Die Pt/KL-zeoliet katalisatore is ook aangewend in vloeistoffaseoksidasie van primêre alkohole onder matige kondisies (100 °C en omgewings druk) met matige sukses (10 - 40%) in substraat omskakeling.
Afrikaans: Alliel, amino en silanol (Si-OH)-gefunksionaliseerde silikon wafers met epitaksiale SiO2 (SiO2/Si-wafers) lagies is gebruik as twee-dimensionele (2-D) ondersteunende platvorms om plat model Pt/SiO2/Si-wafer katalisatore voorteberei met behulp van roterende verdampingsbedekking (die ekwivalent van nat chemiese impregnasie) van geskikte platinum uitgangstowwe gevolg deur kalsineering en reduksie. X-straal fotoelektron spektroskopie (XPS) het getoon dat H2PtCl6 met wafers wat oor oppervlak allielgroepe beskik reageer om π-olefien Pt2+ komplekse te vorm. Oorblywende (residuele) Si-OH groepe ondergaan ook interaksie met Pt2+ om Pt4+ spesies te vorm. Tesame vorm al die Pt spesiesoorte ‘n heterogene mengsel wat die oppervlakte van die Siwafer bedek. Die platineering van geamineerde silikonoppervlaktes met K2PtCl4 opgelos in waterige etanol lei tot die reduksie van Pt(II) voorgangers en die immobilisasie van platinum metaaldeeltjies. Die kalsineering en reduksie van die oppervlak metaal Pt spesies lei tot die vorming van relatiewe klein Pt deeltjies met ‘n gemiddelde deeltjiedeursnit van 1-5 nm, wat ‘n interaksie met die ondersteunende silikon wafer ondergaan deur middel van grensvlak Pt2+-O-Si of Pt2+-N-Si bindingsmodes. Die voorbereide Pt/SiO2/Si-wafer katalisatore toon katalitiese aktiwiteit in die oplosmiddelvrye lug oksidasie van 1-oktadekanol na karbonielverbindings. Sekere geselekteerde model Pt/SiO2/Si-wafer katalisatore toon ook katalitiese aktiwiteit in die hidrogeneering van alkeen en karboniel funksionele groepe. Die voorbereiding en karateriseering van Pt katalisatore ondersteun op KL-zeoliete en HY-zeoliete is ook beskryf. Twee soorte Pt/KL-zeoliet katalisatore is ondersoek. Pt/KL-zeoliet katalisatore wat voorberei is deur gasfase impregnasie het ‘n hoë deeltjiedispersie (91.5 % vs. 75.8 %) en kleiner deeltjiegroottes in vergelyking met die Pt/KL-zeoliet wat voorberei is deur aanvangsbenattingsimpregnasie (gemiddelde deursnit = 1.2 nm vs.1.5 nm). In die aromatisering van n-alkane, was die Pt/KL-zeoliet katalisatore wat voorberei is deur gasfase impregnasie meer aktief en meer verdraagsaam teen suurstof-bevattende verbindings as die Pt/KL-zeoliet wat voorberei is deur aanvangsbenattings impregnasie. ‘n Korrelasie tussen die konsentrasie van asynsuur in die voerstroom, die hoeveelheid neergeslane kooks op die uitgeputte katalisatore en katalis deaktiveering is vasgestel. Die Pt/KL-zeoliet katalisatore is ook aangewend in vloeistoffaseoksidasie van primêre alkohole onder matige kondisies (100 °C en omgewings druk) met matige sukses (10 - 40%) in substraat omskakeling.
Description
Keywords
Silicon wafer, Pt/SiO2/Si-wafer, Pt/KL-zeolite, Aromatisation, Oxidation, Hydrogenation, XPS, Zeolites, Zeolite catalysts, Hydrocarbons, Thesis (Ph.D. (Chemistry))--University of the Free State, 2014