降解水合肼的镍基催化剂的制备与性能研究

摘要

随着工业的不断发展，水合肼废水排放到水体中，对水环境体系造成严重的污染，同时危害人类的健康，目前对水合肼废水的研究是一个热点。镍基催化剂作为一种新型的纳米催化材料，因其高活性和低成本等优点被广泛应用在工业催化过程中。本文通过水热法制备了一系列的Ni/Nd2O3和Ni/CeO2催化剂，通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱、热重(TG)等表征对催化剂的形貌、晶体结构、表面元素价态及热稳定性进行了表征分析。Ni/Nd2O3和Ni/CeO2的表征结果显示催化剂中镍以面心立方的Ni0晶型存在，稀土元素以其对应氧化物的非晶形态存在，稀土氧化物在催化剂中起到提高催化剂的分散性、增大比表面积的作用。对不同水热时间和水热温度下制备的催化剂表征，结果显示水热温度和时间对晶体结晶性及晶粒尺寸有很大影响，在8h，120℃的条件下形成的晶体分散性最好，且粒径均匀，可以使催化剂在催化剂降解水合肼的活性和选择性提高。
　　试验考察了稀土元素与镍的摩尔比、水热时间和水热温度等参数对催化剂降解水合肼性能的影响，结果表明，在Ni/Nd2O3和Ni/CeO2催化剂中活性组分为Ni，稀土氧化物起到分散剂和载体的作用。Ni/Nd2O3催化剂在Ni/Nd摩尔比为94∶6时催化降解水合肼的活性和氢气选择性最好，同时确定了最佳反应温度为8h，120℃，此时，Ni/Nd2O3催化降解水合肼的氢气选择性为95％，转换频率为39.4h-1。对Ni/CeO2纳米颗粒来说，Ni/Ce摩尔比为9∶1，水热条件为8h，120℃时，催化剂降解水合肼的效果最好，氢气选择性为92.7％，转换频率为38.2h-1。对Ni/CeO2催化剂的稳定性测试表明催化剂相对比较稳定，循环利用5次之后催化剂的选择性仍然在85％以上。
　　在Ni/Nd2O3和Ni/CeO2催化剂的基础上，考察了其他过渡金属(Mo、Fe、Cu、Co)的掺杂对催化剂的影响。表征结果显示Ni/Nd2O3和Ni/CeO2中掺杂其他过渡金属并没有改变晶体的结构，Mo、Fe等元素在催化剂中以非晶态的形式存在，加入Mo之后催化剂的晶粒尺寸明显变小，比表面积增大，更多的活性位点暴露在外面，在催化降解水合肼中表现出更高的活性和氢气选择性，相较于Mo，加入Fe、Cu、Co之后的催化剂晶粒尺寸变大，在催化降解水合肼中活性就比没有掺杂之前变小。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 水合肼降解的研究现状

1．1．1 水合肼的来源及污染性

1．1．2 降解水合肼的反应简介

1．1．3 降解水合肼的镍基催化剂体系

1．1．4 水合肼的降解机理研究

1．2 纳米材料的制备方法及应用

1．2．1 化学沉淀法

1．2．3 微乳液法

1．2．4 水热法

1．3 过渡元素在催化领域的应用

1．4 论文主要研究目的、意义及主要内容

第二章 试验部分

2．1 试验试剂及仪器

2．1．1 试验试剂

2．1．2 试验主要仪器

2．2 催化剂的制备

2．3 催化剂的活性评价

2．3．1 催化剂降解水合肼的活性评价装置

2．3．2 催化剂的活性评价

2．3．3 催化剂降解水合肼的性能指标的计算

2．4 催化剂的表征

2．4．1 透射电子显微镜(TEM)及X射线能谱(EDS)

2．4．2 X射线衍射

2．4．3 X射线光电子能谱

2．4．4 热重分析(TG)

第三章 水热合成Ni/Nd2O3催化剂对水合肼的降解性能研究

3．1 引言

3．2 Ni/Nd2O3及其他过渡元素掺杂的Ni/Nd2O3纳米颗粒的制备

3．3 催化剂的表征

3．3．1 Ni/Nd2O3催化剂的XRD表征

3．3．2 Ni/Nd2O3催化剂的TEM和EDS表征

3．3．3 Ni/Nd2O3催化剂的XPS表征

3．3．4 催化剂的热重(TG)分析

3．4 催化剂催化降解水合肼性能研究

3．4．1 稀土元素Nd加入量对降解水合肼性能的影响

3．4．2 水热合成温度对催化降解水合肼性能的影响

3．4．3 水热合成时间对催化降解水合肼性能的影响

3．4．4 氢氧化钠浓度对催化降解性能的影响

3．4．5 第三种元素加入对催化降解水合肼性能的影响

3．5 小结

第四章 水热合成Ni/CeO2催化剂对水合肼的降解性能研究

4．1 引言

4．2 水热合成法制备Ni/CeO2及过渡元素掺杂的Ni/CeO2纳米颗粒

4．3 催化剂的表征

4．3．1 Ni/CeO2催化剂的XRD表征

4．3．2 Ni/CeO2催化剂的TEM表征

4．3．3 Ni/CeO2催化剂的XPS表征

4．3．4 催化剂热重(TG)表征

4．4 催化剂催化降解水合肼性能研究

4．4．1 稀土元素Ce加入量对降解水合肼性能的影响

4．4．2 水热合成温度对催化降解水合肼性能的影响

4．4．3 水热合成时间对催化降解水合肼性能的影响

4．4．4 第三种元素加入对催化降解水合肼性能的影响

4．5 催化剂稳定性的讨论

4．6 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢