Page 161 - 《精细化工》2023年第3期

第 3 期 陈 卓，等: 对孟烷氧化反应催化剂的制备、表征及工艺优化 ·617·

2.1.4 催化剂的 FTIR 分析 2.2 催化剂种类对氧化反应的影响
Co 催化剂和 Mn 催化剂的 FTIR 谱图如图 5 所示。 保持反应温度 120 ℃、反应时间 8 h，在常压下

分别进行 Co 催化剂和 Mn 催化剂催化对孟烷的氧化
反应，为便于比较，实验中增加一组无催化剂的氧
化反应进行对照，催化剂用量均为 15 g，对孟烷用
量均为 100 mL，结果见图 7。由图 7 可知，对孟烷
在 Mn 催化剂条件下转化率为 60.91%，此时 PMHP
选择性为 32.54%。在 Co 催化剂条件下，对孟烷转
化率高于 Mn 催化剂，为 68.29%，PMHP 选择性与
Mn 催化剂接近，为 36.40%，Co 催化剂和 Mn 催化剂
的对孟烷转化率和 PMHP 选择性均高于无催化剂。

图 5 催化剂的 FTIR 谱图
Fig. 5 FTIR spectra of catalysts

–1
由图 5 可见，800~650 cm 处一般为金属与氧
–1
基振动带，所以 Co 催化剂在 680 cm 处吸收峰对
应 Co—O 或 O—Co—O 键的伸缩振动，Mn 催化剂
–1
在 665 cm 处吸收峰对应 Mn—O 或 O—Mn—O 键
–1
的伸缩振动 [15] 。680 cm 处吸收峰透过率明显强于
–1
665 cm 处吸收峰，表明与 Mn 元素相比，Co 元素
在催化剂制备过程中更容易形成共轭体系 [16] 。3416
–1
和 3340 cm 处为杂质 H 2 O 产生的特征吸收峰，1570 图 7 不同催化剂对对孟烷氧化反应的影响
–1
和 1549 cm 处为 C==O 键伸缩振动吸收峰，1029 cm –1 Fig. 7 Effect of different catalysts on oxidation of
p-menthane
处为 C—O 键的伸缩振动吸收峰 [17] ，说明 Co 和 Mn
催化剂成功合成。 在催化剂用量为 15 g、对孟烷用量为 100 mL、
2.1.5 催化剂的 XPS 分析 120 ℃条件下，不同催化条件下产物 PMHP GC 含
图 6 为 Co 催化剂和 Mn 催化剂的 XPS 谱图， 量（简称含量）随时间的变化见图 8。
Co 2p 、 Mn 2p 的结合 能位置参照 标准位置在
284.8 eV 的 C 1s 峰进行校正。由图 6 可以看出，两
种过渡金属催化剂均存在 O 和 C，与 XRD 分析结
果吻合，根据峰面积计算得知，Mn 催化剂全谱中
Mn/C 原子个数比为 0.23，与之相比，Co/C 的原子
个数比为 0.28，表明 Co 元素在催化剂中含量更高。
随着水热合成过程中 Co 源不断增加，Co 元素引入
效果更可观，将有利于晶化过程持续进行，相对结
晶度和平均粒径更大。

图 8 催化剂对产物 PMHP 含量的影响
Fig. 8 Effect of catalysts on PMHP content

由图 8 可知，加入 Co 催化剂的反应在 8 h 时产
物 PMHP 含量达到 24.89%，此时加入 Mn 催化剂的
反应 PMHP 含量为 19.82%，均好于无催化剂的反应
结果，在相同的反应时间加入 Co 催化剂能得到更
高的 PMHP 含量。Co 和 Mn 过渡金属离子都具有优
异的催化氧化活性，Co 催化剂具有更好的结晶形貌

图 6 催化剂的 XPS 谱图 和孔隙结构使其活性更加稳定。实验结果证实，Co
Fig. 6 XPS spectra of catalysts 催化剂具有更好的活性 [18] 。