聚苯乙烯微球表面调控生长制备Pt催化剂及其性能

摘要

核设备排放的含氚废水及废气因为具有很强的放射性，对生物和环境均会造成极大的危害。随着核能工业的发展，含氚废水、废气等处理技术显得尤为重要，氚在军事等领域也有极其重要的战略意义。本文通过控制实验条件成功实现铂疏水催化剂表面铂形貌二维的可控生长。
　　论文分别使用悬浮聚合法和乳液聚合法制备了三种具有不同表面性质的聚苯乙烯微球，分别记为PS、PS-和W，并用动态接触角分析仪、TEM、SEM、FTIR、CO-FTIR、TG对载体进行表征分析。研究发现悬浮聚合法制备的载体疏水性能优于乳液聚合法制备的载体(W，接触角为145.10°)，疏水载体中W的比表面积最大，疏水载体PS和W表面吸附的CO的键较弱，载体PS-表面吸附的CO的键较其他载体强。将制备好的载体与 Pt前驱体溶液混合，根据实验需要改变反应条件，制得铂疏水催化剂，对其用动态接触角分析仪、TEM、XRD、XPS、CO-FTIR等表征手段对制得的铂疏水催化剂进行分析表征，并对其催化性能进行评价。研究发现，PS做载体时，制备出的催化剂疏水性能高于载体，均在超疏水的范畴，随着 m(PS)：m(Pt)增大催化剂的接触角越来越小，催化剂表面零价铂含量(Pt(0))先增大后减小，m(PS)：m(Pt)=30:1时达到最大值。m(PS)：m(Pt)=40:1时催化剂表面的铂纳米粒子均匀分布于载体表面，无团聚现象，均为单层负载Pt的(111)晶面，PVP的加入使催化剂表面铂的负载位点减少，Pt纳米粒子发生团聚， Pt(0)含量增大；控制 m(PS)：m(Pt)=30:1，改变铂前驱体溶液浓度可知，当c([PtCl6]2?)=0.118 mg/ml时，催化剂表面Pt重叠；当c([PtCl6]2?)=0.091 mg/mL时，催化剂表面Pt呈弓形；当c([PtCl6]2?)=0.074 mg/mL时，催化剂表面Pt球形在载体表面排列整齐。W做载体制备的催化剂，m(W)：m(Pt)=2:1，m(PVP)：m(Pt)=5:1时，当加入PVP乙醇溶液时表面铂纳米粒子成长棒形，暴露出的晶面均为(111)面，当 m(W)：m(Pt)=10:1时，催化剂表面铂纳米粒子分散均匀，粒子均成椭圆形，为单层负载的Pt(111)晶面，W做载体更易于控制催化剂表面Pt的生长和形貌。PS-做载体时，载体表面负载有铂的位点的数量明显减少，铂纳米粒子发生团聚。由此说明，载体不同对催化剂表面Pt的分散及形貌有很大的影响，PS-做载体不利于Pt的分散和形貌控制。
　　本论文中催化剂的催化性能用在催化剂表面上发生的H、D同位素交换模拟H、T交换。催化剂 CTAB-PS-Pt-20:1具有最佳的同位素交换催化效率，当氢气流量为0.64 L/min时，50℃和60℃下催化氢同位素交换，H-D交换效率分别达到为81.4％和84.27%。CTAB的加入使催化剂的催化性能提高。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2疏水催化剂的研究现状

1.3疏水催化剂的制备

1.4疏水催化剂的应用

1.5金属纳米催化剂的性质及其可控合成

1.6本文的研究思路和研究内容

第2章 实验部分

2.1实验药品与仪器

2.2疏水载体的制备

2.3铂-聚苯乙烯疏水催化剂的制备

2.4催化剂性能表征

2.5催化剂催化性能研究方法

2.6本章小结

第3章 Pt催化剂载体的性能及表征

3.1引言

3.2载体疏水性能分析

3.3载体的红外谱图分析

3.4载体的CO-FTIR分析

3.5疏水载体的热重分析

3.6载体的形貌分析

3.7本章小结

第4章 Pt催化剂的形貌控制及性能分析

4.1引言

4.2 Pt催化剂的疏水性能分析

4.3 Pt催化剂的形貌分析

4.4 Pt催化剂的表面元素分析

4.5 Pt催化剂CO原位红外分析

4.6 Pt催化剂的脱氘性能评价

4.7本章小结

结论

参考文献

致谢