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活性炭作為催化劑的應(yīng)用
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活性炭具有微晶結(jié)構(gòu)，微晶排列完全不規(guī)則，晶體中有微孔(半徑小于20〔?！?10-10米)、過渡孔(半徑20～1000)、大孔(半徑1000～100000)，使它具有很大的內(nèi)表面，比表面積為500～1700米2/克。這決定了活性炭具有良好的吸附性，可以吸附廢水和廢氣中的金屬離子、有害氣體、有機(jī)污染物、色素等。工業(yè)上應(yīng)用活性炭還要求機(jī)械強(qiáng)度大、耐磨性能好，它的結(jié)構(gòu)力求穩(wěn)定，吸附所需能量小，以有利于再生。活性炭用于油脂、飲料、食品、飲用水的脫色、脫味，氣體分離、溶劑回收和空氣調(diào)節(jié)，用作催化劑載體和防毒面具的吸附劑。催化劑活性炭孔隙發(fā)達(dá)，比表面積大，尤以微中孔容積大而顯現(xiàn)優(yōu)點。椰殼活性炭催化劑，是在椰殼活性炭的碘質(zhì)是900以上的基礎(chǔ)上，而改性催化活性炭的碘值則達(dá)到1150以上，催化劑是一種很細(xì)小的炭粒有很大的表面積，而且炭粒中還有更細(xì)小的孔——毛細(xì)管。這種毛細(xì)管具有很強(qiáng)的吸附能力，由于炭粒的表面積很大，所以能與氣體(雜質(zhì))充分接觸。當(dāng)這些氣體(雜質(zhì))碰到毛細(xì)管被吸附，起凈化作用?；钚蕴看呋瘎V泛應(yīng)用于高純度氣體、液體、石化行業(yè)中作為催化劑載體。也可以用于石化行業(yè)脫硫、脫臭等應(yīng)用。
活性炭纖維還可用來制備載體催化劑。活性炭纖維導(dǎo)熱性能好,摻入催化劑中,能有效地提高催化劑的傳熱能力,有效防止放熱劇烈反應(yīng)引起的燒失。用它制備的負(fù)載型催化劑,可用于化工、治金、選礦以及汽車尾氣的治理等。負(fù)載某種金屬如Cu的活性炭纖維,可在定條件下將NO,還原為N2,將CO在室溫下就能轉(zhuǎn)化為CO2等。負(fù)載金屬氫氧化物如aFEOOH和 B-FEOOH的活性炭纖維也是良好的催化劑,可將NO還原為N:。單純的瀝青基活性炭纖維不能吸附己烷中的正丁硫醇,但負(fù)載鉆鹽后,可用于脫除硫醇。
通過以共浸漬法制備活性炭催化劑，使用活性炭，Pt(NH3)4Cl2·H2O，硝酸鐵九水合物FeN3O9.H2O,硝酸鈷(II)六水合物和六水合硝酸鎳，分別作為活性炭、Pt、Fe、Co和Ni前驅(qū)體。將Pt和第二金屬前體溶解在去離子水中，然后將水溶液緩慢滴到活性炭上。浸漬的催化劑在烘箱中在110℃下干燥。最后，催化劑在N2中煅燒在500℃下保持2小時。制成載鉑活性炭催化劑和載鐵鉑活性炭，并以同樣的方法制備了載鈷鎳釹活性炭。通過SEM和EDX研究了催化劑樣品的形貌和元素分布。載鉑活性炭催化劑和載鐵鉑活性炭的SEM圖像如圖1所示。所有催化劑均顯示出不均勻的粒徑和形狀。當(dāng)通過共浸漬和物理混合技術(shù)添加第二種金屬時，催化劑形態(tài)沒有顯著差異。此外，各種活性炭催化劑的EDX結(jié)果證實，催化劑表面存在Pt、Fe、Co、Ni和Nd，并且金屬可以高度分散在表面上。
通過使用簡單的外部磁鐵將催化劑與液體介質(zhì)分離來測試磁性。磁分離的效率很大程度上取決于鐵磁元素的數(shù)量。最小重量百分比。為了使催化劑可通過磁鐵與液體分離，在載鉑活性炭上負(fù)載的鐵的含量被確定為0.5wt%Fe。對于較高的鐵負(fù)載量，例如5%和10%的鐵負(fù)載量，證明了磁體對催化劑的分離作用。
在溫和的反應(yīng)條件(溫度50℃，H2壓力2MPa)下，評價制備的活性炭催化劑在糠醛液相加氫制糠醇中的催化活性。在反應(yīng)測試前，所有催化劑在500℃下在H2流中還原2小時。在液相反應(yīng)中，溶劑的選擇通常會影響催化活性。本研究以甲醇和水為介質(zhì)，考察了糠醛加氫過程中的溶劑效應(yīng)。在載鉑活性炭催化劑上添加鐵磁金屬對糠醛加氫中的催化性能表現(xiàn)出不同的影響，這取決于所使用的溶劑。使用甲醇作為溶劑，與鉑/活性炭(31.3%)相比，0.15%載鐵鉑/活性炭催化劑(36.4%)的糠醇產(chǎn)率略有提高。而其他雙金屬0.15%載鈷鉑活性炭和0.15%載鎳鉑活性炭催化劑的糠醇產(chǎn)率要低得多，分別為22.3%和11.3%。此外，糠醛轉(zhuǎn)化率和糠醇選擇性隨著鐵負(fù)載量從0.15到5和10wt%的增加而降低，特別是對于表現(xiàn)出最低性能的鐵鉑活性炭。此外，在以甲醇為溶劑時，還發(fā)現(xiàn)了甲醇與糠醛反應(yīng)的副反應(yīng)產(chǎn)物2-糠醛二甲基縮醛溶劑產(chǎn)物。其他副產(chǎn)物包括2-甲基呋喃和1-戊醇，它們分別通過糠醇的氫解和2-甲基呋喃的開環(huán)形成。
選擇0.5載鐵鉑活性炭催化劑進(jìn)行可回收性測試是因為它含有最少的鐵，這使得催化劑可以通過磁鐵與液體分離。結(jié)果如圖3所示。反應(yīng)結(jié)束后，用磁體分離催化劑，用去離子水洗滌3次，在110℃烘箱中干燥，在相同反應(yīng)條件下在水溶劑中使用。發(fā)現(xiàn)糠醛的轉(zhuǎn)化率和糠醇選擇性在第一次運行后下降，但在連續(xù)運行中沒有顯著變化。在第一次運行期間，一些具有弱金屬-載體相互作用的大Pt顆?？赡軙奶驾d體中浸出。第三次運行后新催化劑和廢催化劑的EDX比較的差異表明在使用的條件下活性炭從液相中沉積。
在溫和條件下活性炭催化劑促進(jìn)糠醛液相選擇性加氫制備糠醇對各種鐵磁元素(x=Fe、Co、Ni和Nd)促進(jìn)的載鉑活性炭催化劑進(jìn)行了研究。在鐵磁元素中，0.15載鐵鉑活性炭催化劑在甲醇和水溶劑中的糠醇產(chǎn)率方面表現(xiàn)出較好的催化劑性能改進(jìn)，這歸因于Pt分散度比較高，配位Pt位點低，以及強(qiáng)Pt-FeCO化學(xué)吸附和吸附CO結(jié)果的FTIR揭示了相互作用。在水中的高糠醇產(chǎn)率為74%。對于所有Pt基雙金屬活性炭催化劑，盡管使用的反應(yīng)時間較短(1小時)，但使用水介質(zhì)顯示出比甲醇更高的糠醛轉(zhuǎn)化率和糠醇選擇性。比較小的鐵負(fù)載量為0.5wt%，以使雙金屬活性炭催化劑可通過簡單的磁鐵分離，是一款比較實用的催化劑。
活性炭作為接觸催化劑時其催化活性是由于炭的表面和表面化合物以及灰分等的作用，主要應(yīng)用于各種異構(gòu)化、聚合、氧化和鹵化反應(yīng)。木質(zhì)活性炭在對揮發(fā)性有機(jī)物的處理中，不僅可以作為載體，還可以給催化劑提供一個高濃度的場所，有利于催化的進(jìn)行。活性炭的作用并不限于負(fù)載活化劑，它具有助催化的作用，并對催化劑的活性、選擇性和使用壽命都有重大影響。