Page 133 - 《精细化工》2022年第2期

第 39 卷第 2 期 精 细 化 工 Vol.39, No.2
2022 年 2 月 FINE CHEMICALS Feb. 2022

催化与分离提纯技术
金属掺杂 TiO 催化剂制备及其催化
2

合成 N-甲基氧化吗啉

2
2
李永威 1,2 ，刘建伟 ，李玉波 ，刘 丹 1,3 ，桂建舟 1,4*
（1. 分离膜与膜过程省部共建国家重点实验室，天津市绿色化工过程工程重点实验室，天津工业大学 材
料科学与工程学院，天津 300387；2. 山东金英利新材料科技股份有限公司，山东 潍坊 262714；3. 天
津工业大学 化学学院，天津 300387；4. 天津工业大学 化学工程与技术学院，天津 300387）

摘要：以 H 2 Ti 3 O 7 纳米线为前驱体，通过简单的离子交换和高温焙烧两步制备了具有不同金属掺杂的 yM/TiO 2
催化剂（M=Fe、Co、Ni，y=0.25%、0.75%、1.25%、1.75%、2.25%，y 表示金属 M 的质量百分比）。通过 XRD、
SEM、TEM、XPS 对催化剂进行了表征，考察了 yM/TiO 2 催化剂在以 H 2 O 2 为氧化剂催化氧化 N-甲基吗啉（NMM）
合成 N-甲基氧化吗啉（NMMO）反应中的催化性能。结果显示，掺杂的金属元素均匀分散在制备的 TiO 2 纳米
线基体表面，yM/TiO 2 催化剂形貌为纳米线/纳米棒。当掺杂的金属 Fe 含量为 1.75%时，催化剂表面缺陷氧含量
高达 16.86%，催化性能最佳，在反应温度为 35 ℃、反应 3 h 后 NMMO 产率达到 97.5%，表明金属离子的掺入
造成 TiO 2 晶体结构中局部晶格扭曲，导致催化剂表面形成较多的氧空位，提升了催化活性。
关键词：yM/TiO 2 ；掺杂；N-甲基氧化吗啉；催化氧化；选择性；催化技术
中图分类号：TQ032.4 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2022) 02-0337-08

Preparation of metal-doped TiO 2 catalysts and their application
in synthesis of N-methylmorpholine-N-oxide

2
1,2
2
1,3
LI Yongwei , LIU Jianwei , LI Yubo , LIU Dan , GUI Jianzhou 1,4*
（1. State Key Laboratory of Separation Membranes & Membrane Processes, Tianjin Key Laboratory of Green
Chemical Technology and Process Engineering, School of Material Science and Engineering, Tiangong University,
Tianjin 300387, China; 2. Shandong Jinyingli New Material Technology Co., Ltd., Weifang 262714, Shandong, China; 3.
School of Chemistry, Tiangong University, Tianjin 300387, China; 4. School of Chemical Engineering and Technology,
TianGong University, Tianjin 300387, China）
Abstract: yM/TiO 2 catalysts (M=Fe, Co, Ni, y = 0.25%, 0.75%, 1.25%, 1.75%, 2.25%, y is mass percent of
metal M) with different metal-doped were prepared using H 2Ti 3O 7 nanowires as precursors by simple ion
exchange and high temperature calcination, and characterized by XRD, SEM, TEM and XPS. The catalytic
performance of yM/TiO 2 catalysts in the synthesis of N-methylmorpholine (NMM) to
N-methylmorpholine-N-oxide (NMMO). The results showed that the doped metal elements were evenly
dispersed on the surface of the prepared TiO 2 nanowire matrix. yM/TiO 2 catalysts were in the forms of
nanowire/nanorod morphology. When the doped metal Fe content was 1.75%, the surface defect oxygen
content of the catalyst was as high as 16.86%, and the catalytic performance was the best. The yield of
NMMO reached 97.5% after reaction at 35 ℃ for 3 h, indicating that the doping of metal ions caused the
distortion of local lattice in the TiO 2 crystal structure, resulting in the formation of more oxygen vacancies
on the catalyst surface and improved the catalytic activity.
Key words: yM/TiO 2; doping; NMMO; catalytic oxidation; selectivity; catalysis technology

收稿日期：2021-10-09; 定用日期：2021-12-02; DOI: 10.13550/j.jxhg.20211023
基金项目：国家自然科学基金项目（21576211）；天津市科技发展计划项目（21ZYJDJC00100）
作者简介：李永威（1984—），男，博士生，E-mail：lyw1102@126.com。联系人：桂建舟（1973—），男，教授，E-mail：
guijianzhou@tiangong.edu.cn。