金属镍嵌入多孔炭涂覆蜂窝陶瓷整体式催化剂的研究

发布时间：2020-08-07 04:46

【摘要】：整体式催化剂弥补了传统的粉末、颗粒催化剂在宏观结构上的缺陷,在多相连续反应中表现出优越的性能。其主要由三个部分组成:载体、涂层和活性组分。目前,利用合成聚合物涂覆得到的炭涂层与载体结合牢固,而且多孔炭材料是一种性能优异的催化剂载体。但是,常规方法制备的炭涂层型整体式催化剂,其金属活性组分与炭涂层之间并不能建立紧密的联系,导致炭涂层型整体式催化剂不能充分发挥其催化性能。基于此,一种新的制备方法对炭涂层型整体式催化剂至关重要。本文以糠醇为炭源,六水硝酸镍为镍源,在糠醇聚合前加入六水硝酸镍,经聚合后,一步涂覆得到新型金属镍嵌入多孔炭涂覆蜂窝陶瓷整体式催化剂(Ni@C),并制备了不同炭化温度的催化剂样品。同时,采用湿度浸渍法制备了金属镍负载多孔炭涂覆蜂窝陶瓷整体式催化剂(NiO/C)。通过XRF、元素分析、TG、拉曼光谱、N_2-物理吸附、FT-IR、TPD、TEM、XPS、XRD、TPR等表征方法对制备的催化剂进行分析。研究了炭化温度对嵌入型整体式催化剂物理-化学性质的影响,并对比了嵌入型和负载型整体式催化剂的性能差异。最后,以硝基苯加氢反应和对氯硝基苯选择性加氢反应评价所制催化剂的性能,反应在固定床反应器上进行,且采用气-液多相连续加氢的方式。研究发现:在这种全新的Ni@C结构中,极其均一的镍颗粒被均匀固定在多孔炭结构中,只有在高温条件下多孔炭结构发生坍塌,镍颗粒才会发生迁移和团聚。在Ni@C结构形成过程中,镍前躯体首先分解形成NiO,随后被多孔炭结构中含氧官能团分解产生的CO还原成Ni~0金属,且多孔炭结构可以保护Ni~0金属不被空气氧化。说明镶嵌结构一方面限制并固定了镍颗粒的生长和迁移,另一方面形成了还原性的化学环境并稳定了Ni~0的化学形态,其最优炭化温度为600°C。但相同炭化温度下,传统浸渍法制备的多孔炭负载镍[NiO/C(600)]所表现出来的性质正好相反,镍颗粒尺寸分布在很宽的范围内,同时镍颗粒以NiO的形态存在且还原后不能在空气中稳定存在。因此,在硝基苯催化加氢反应中,Ni@C(600)样品无需预还原就表现出明显的活性和稳定性优势。进一步运用到对氯硝基苯选择性加氢反应中,Ni@C(600)样品表现出高的催化活性和选择性,而NiO/C(600)样品的催化活性和选择性低下。同时,对比负载型钯催化剂[1%-Pd/C(600)],发现其催化活性高,但脱氯也更严重。因此,可以发现嵌入型结构在该反应中不仅起到抑制脱氯的效果,而且进一步增强了催化剂的活性。另外,炭涂层表面的含氧官能团对其催化性能也有促进作用。而NiO/C(600)样品在使用前进行的还原处理会造成含氧官能团的减少,并不能有效利用其表面的含氧官能团。最后,减半嵌入式催化剂的金属负载量[2.5%-Ni@C(600)],发现其依旧保持优越的性能,且催化活性超过NiO/C(600)样品,这也有力的证明了嵌入型催化剂的催化性能确实远优于普通负载型催化剂。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36
【图文】：

整体式催化剂

工业大学硕士学位论文文献炭涂覆蜂窝陶瓷整体式催化剂的催化性能。.2 整体式催化剂整体式催化剂具有许多平行的通道结构，其结构的一体性使得它兼具催化反应器的特点。在使用整体式催化剂的过程中，参与反应的反应物可以通过的孔道进入催化剂内部，并在催化剂的通道壁面相互作用发生反应，然后源断从出口处流出。2.1 整体式催化剂的制备图 1.1[21]展示了整体式催化剂的制备方法，主要分为三种类型：

整体式催化剂,涂层,反应过程,载体

业大学硕士学位论文，特别是涂层型催化剂的稳定性。炭涂层型整体式催化剂层型整体式催化剂主要由载体、涂层和活性组分三部分组成，如图般一个整块的陶瓷或金属材质的载体块充当骨架载体，其内部还具尺度上的中空孔道结构。涂层材料粘附于骨架载体的内部孔道壁到增大骨架载体比表面积的作用，又称第二载体。同时有利于活性提高活性组分的分散度。

陶瓷基,金属基体,整体式催化剂,涂层

图 1.2 涂层型-整体式催化剂的结构以及反应过程Fig.1.2 Structure of coated-monolithic catalyst and the reaction process1 涂层型整体式催化剂的组成 .1 载体目前构造整体式催化剂载体的原材料主要有：1、陶瓷材料；2、金属 1.3 所示。

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