新型生物质碳基催化剂的绿色制备及催化性能的研究

发布时间：2020-07-02 01:58

【摘要】：在当今人类生产和生活中,催化剂已经不仅仅应用于传统的化工生产,而在环境治理、人体机能调节和能量存储等领域也被广泛使用。然而随着社会不断进步和环境问题的日益凸显,开发价格低廉、环境友好的高效绿色催化剂成为相关研究人员的研究热点。本论文以来源广泛、环境兼容的廉价生物质为原材料,采用绿色合成方法成功制备出多种具有可控结构的碳基催化剂,在加氢反应和光降解反应中具有较好的催化活性。具体研究内容如下：1.以天然棉花为原料,采用常温浸渍和高温焙烧两步法制得负载型Ni/C催化剂。通过控制初始溶液中Ni2+的浓度和焙烧温度可以对Ni/C催化剂中Ni载量、Ni颗粒尺寸和分散性等进行精细调控。将不同制备条件下所得的Ni/C催化剂应用于邻氯硝基苯选择加氢为邻氯苯胺的反应,当初始Ni2+浓度为0.1 M,焙烧温度为400℃时所制备Ni/C催化剂具有高达51%的Ni载量,并且负载Ni颗粒分散度高,尺寸小,分布均一,具有最高的催化活性,在0.5 MPa的低H2压力下5小时内实现邻氯硝基苯的完全转化,并保持90%以上的邻氯苯胺选择性。2.以糠醛为前驱体,采用低温水热法和高温焙烧两步法制得具有分级结构的嵌入型Ni/C催化剂。通过控制焙烧温度对Ni/C催化剂的形貌、分级结构及Ni颗粒的尺寸大小和分散性等进行精细调控。将不同温度处理下的Ni/C催化剂应用于硝基苯类化合物选择加氢为苯胺类化合物的反应,在300℃下焙烧得到的Ni/C催化剂具有多孔的内部结构,较大的比表面积和高分散的小尺寸Ni颗粒,因而具有最高的催化性能和循环稳定性,在2 MPa的H2压力下2小时内实现大部分硝基苯类底物的转化和较高的目标产物选择性,并在十次循环反应过程中保持此高效催化性能。3.以木糖为前驱体,采用低温水热和高温焙烧两步法制得高分散的碳纳米球。在高温处理过程中碳纳米球内部有类石墨烯结构的单层碳产生,其含量随焙烧温度的升高而增加。将不同温度下焙烧所得的碳纳米球作为非金属催化剂应用于邻氯硝基苯选择加氢为邻氯苯胺的反应,其催化活性随焙烧温度的升高而增加,但都具有100%的邻氯苯胺选择性。结合模拟计算可以推断,类石墨烯单层碳是碳纳米球催化邻氯硝基苯选择加氢反应的活性中心：位于类石墨烯单层碳zigzag边缘上的不饱和C原子具有选择吸附和拉长邻氯硝基苯分子中N-O键的作用,所以在催化反应中碳纳米球样品展现出优异的催化活性和100%的邻氯苯胺选择性。4.以糠醛为前驱体,采用低温水热法一步制得具有核壳结构的ZnO@C微米棒复合物。体系中的糠醛不仅在水热初期诱导ZnO的成核和生长,而且在ZnO微米棒生成之后聚合成水热碳沉积于ZnO的表面,此后延长水热时间ZnO微米棒的生长停止但表面碳层的厚度不断增加。将具有不同碳层厚度的ZnO@C微米棒应用于紫外光降解有机污染物的反应,其光催化活性和光稳定性随碳层厚度的增加而增加,其中ZnO@C-16样品具有最好的光催化性能,可以在40分钟内实现亚甲基蓝的全部降解,并在5次循环反应后仍保持90%以上的降解率。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36
【图文】：

远不能满足科学研究的需要，于是形态、性质、结构和组成更多样更丰富的新型碳材料逡逑开始被制备出来以满足不同的应用要求。比如２００８年沈阳金属所的成会明等人［９］制备了逡逑一种兼具丰富的大孔、中孔和微孔的多级孔道碳材料，如图１．２所示。并发现这种不同逡逑孔道相互贯通的碳材料具有非常优异的电化学性质，在电化学器件方面显示出了非常大逡逑的应用潜力。逡逑

本文编号：2737589