纤维负载型镍基催化材料的结构设计及性能研究

发布时间：2018-04-02 17:43

本文选题：负载型催化剂　切入点：非晶合金　出处：《武汉纺织大学》2017年硕士论文

【摘要】：工业快速发展带来日益严重的水体环境污染问题,对包括芳香族硝基化合物在内的难降解有机污染物的高效催化降解意义显著。催化加氢反应是一种有效地降解以上有机污染物的方法,镍基材料是p-硝基酚加氢还原常见的催化剂,已成为目前研究的热点,其中负载型镍基催化剂相比较非负载型催化剂具有易分离,高活性的特点,选择优异结构的载体材料可实现增强镍基催化剂催化性能的目的。本文拟采用具有高比表面积的PVA-co-PE纳米纤维膜材料和具有天然生物结构的麻纤维作为镍基催化剂负载模板,通过物理化学方法对载体进行表面改性并负载催化成分,研究其对p-硝基酚催化加氢性能,总结材料的结构性能关系,具体如下:在本实验课题中纳米纤维和麻纤维被用作催化剂活性成分的载体,借助于表面合成技术我们制备了PVA-co-PE纳米纤维膜(NFM)负载的镍磷催化剂,这种催化剂有很高的催化活性,其中的一种膜催化剂Ni-P/NFM4.55在催化p-硝基酚加氢还原时呈现出最高的催化能力。在测试p-硝基酚加氢还原性能中,当Ni-P的负载量分别为50wt%,25wt%,14wt%时的反应速率常数分别为18.04×10~(-3)s~(-1),26.84×10~(-3)s~(-1),19.04×10~(-3)s~(-1)。本研究方法制备的这种催化剂在重复使用6次之后,对p-硝基酚的转化率依然高达98%。这种催化膜的高催化速率的原因是多方面的,催化剂活性成分为非晶态合金,这种结构诱导纤维表面形成大量的不饱和位点和缺陷使得催化剂具有很高的催化活性,此外NFM大量的孔洞结构增加了催化剂与反应物质的接触几率,磷的掺杂提高了催化剂的耐氧化性和对p-NP吸附能力,以及膜的三维网状结构都会提高催化剂的催化活性。在单一镍磷催化剂活性成分的基础上,通过负载额外的催化剂活性组分Au,成功制备出Au/Ni-P/NFM催化膜,纳米金Au与Ni-P非晶态合金纳米粒子的共同作用使得催化剂拥有更好的催化能力,催化速率是单一催化膜的两倍以上,这显示了Ni-P非晶态合金与纳米金之间存在协同作用。麻纤维的复杂微凸结构为催化剂纳米粒子的负载提供了大量的吸附位点,丝光化处理是一种改变麻纤维表面形貌的有效方法之一,不同的丝光化处理条件会对麻纤维的形貌产生不同的影响。经过丝光化处理的纤维表面负载的纳米镍薄膜的微观形貌变化较为明显,微凸结构更加复杂,这是相对于未经过丝光化处理的纤维的主要区别,研究发现纳米粒子生长在纤维表面不仅可以复制纤维的形貌还具有很好的催化活性,通过化学镀法在剑麻纤维的表面负载一层纳米镍催化剂,我们研究了负载量对催化剂活性的影响,当负载量为3.39wt%时,催化剂具有很好的催化活性,表观速率常数达到了16×10~(-3)s~(-1),而当负载量为0.68wt%时TOF值则达到了5.2×10~(-3)mol/mol/s,相比雷尼镍催化剂拥有较大的优势,这为我们在提高催化剂的使用效率和节约成本方面提供了一种研究方向。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36

【参考文献】