炭载体石墨化结构和表面性质调控及对负载金属催化剂催化性能的影响

摘要

炭负载贵金属催化剂在化工领域具有广泛的用途，载体炭材料的物理结构（骨架结构）和表面化学性质对负载贵金属纳米粒子的分散及结构具有至关重要的作用。本论文对载体炭的骨架结构及表面改性对金属催化剂性能的影响进行了系统的研究，主要包括以下内容: 1.采用机械球磨法制备了高比表面石墨化炭，研究了球磨条件如球磨时间、钢球个数和球磨转速对高表面石墨化炭的石墨化程度和孔结构的影响，并研究了石墨化炭的比表面积及石墨化程度对Ba-Ru-K/HSGC催化剂的性能影响。结果发现，钌的分散度随着石墨化程度的降低而增大;当高比表面石墨化炭比表面积大于350 m2·g-1时，其催化活性与比表面积的大小无关;在催化剂的金属分散度相同的情况下，氨合成反应活性随着载体石墨化程度的增加而增加。 2.对高比表面石墨化炭进行表面氧化和掺氮改性，考察了表面改性对Ba-Ru-K/HSGC催化剂氨合成性能的影响。结果表明:HSGC表面氧化后催化剂的氨合成性能降低，而掺氮改性对催化剂的氨合成性能影响不大。同时还考察HSGC的表面氮改性对Au/HSGC催化剂乙炔氢氯化反应性能的影响。HSGC表面掺氮改性后，可以有效提高Au/HSGC催化剂在乙炔氢氯化反应中的初活性和稳定性。 3.采用多种液相氧化方法调控了活性炭的表面酸性基团，并考察活性炭表面酸性基团对Ru/AC催化剂的苯加氢反应和Ba-Ru-K/AC催化剂的氨合成反应性能的影响。结果表明:当表面酸性基团总数量在0-2.6 mmol·g-1范围内，苯加氢活性随着表面酸性基团数量的增加而增加，而Ba-Ru-K/AC催化剂上的合成氨反应活性随着载体表面酸性基团数量的增加呈现先增加后降低的趋势。这是因为在苯加氢反应中活性炭的表面酸性增强，有利于苯环的大π键吸附，可以有效提高钌炭催化剂的苯环加氢性能，而合成氨反应中载体过强的表面酸性不利于产物NH3的解离。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 炭材料骨架结构调控对负载金属催化剂的影响

1．2．1 炭材料骨架结构调控

1．2．2 炭材料骨架结构对负载金属催化剂的影响

1．3 炭材料表面性质调控及其对负载金属催化剂的影响

1．3．1 炭材料的表面性质调控合成

1．3．2 炭材料的表面性质对负载金属催化剂性能的影响

1．4 选题依据及研究内容

1．4．1 选题依据

1．4．2 研究内容

参考文献

第二章 实验部分

2．1 主要试剂及仪器设备

2．2 载体及催化剂的表征

2．2．1 比表面积和孔结构的测定

2．2．2 Boehm滴定

2．2．3 质量滴定法(PZC)

2．2．4 氮元素含量分析

2．2．5 程序升温脱附(TPD-MS)

2．2．6 CO化学静态吸附

2．2．7 透射电镜(TEM)

2．2．8 X射线粉末衍射测试(XRD)

2．2．9 热重分析(TG)

2．2．10 Raman光谱分析

参考文献

第三章 炭载体石墨化结构调控及对Ru／HSGC催化剂性能的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 高表面石墨化炭载体的石墨化程度和比表面积调控和制备

3．2．2 Ba-Ru-K／HSGC催化剂的制备及评价

3．3 炭载体的石墨化结构和比表面积调控合成

3．3．1 钢球个数对球磨石墨比表面积的影响

3．3．2 球磨转速对球磨石墨比表面积的影响

3．3．3 球磨时间对球磨石墨比表面积及石墨化程度的影响

3．4 炭载体的石墨化程度对负载Ba-Ru-K／HSGC催化剂的影响

3．4．1 石墨化炭载体的结构性质

3．4．2 石墨化炭载体负载钌基催化剂上钌颗粒的状态

3．4．3 Ba-Ru-K／HSGC催化剂用于氨合成反应活性

3．5 本章小结

参考文献

第四章 高表面石墨化炭载体表面改性对负载金属催化剂性能的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 氧化改性及氮改性的高表面石墨化炭载体的制备

4．2．2 金属催化剂的制备及活性评价

4．3 结果与讨论

4．3．1 不同改性方法对HSGC物理化学性质影响

4．3．2 不同改性方法对Ba-Ru-K／HSGC氨合成催化剂影响

4．3．3 氮改性石墨化炭载体的物理化学性质

4．3．4 氮改性高比表面积石墨化炭对Au／HSGC催化剂性能影响

4．4 本章小结

参考文献

第五章 活性炭载体表面性质调控及对负载Ru／AC催化剂性能的影响

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 载体活性炭的处理

5．2．2 催化剂的制备

5．2．3 催化剂的评价

5．3 结果与讨论

5．3．1 不同改性方法对活性炭的物理结构影响

5．3．2 不同改性方法对活性炭的表面化学性质影响

5．3．3 不同改性方法对Ru／AC催化剂Ru分散度的影响

5．3．4 不同改性方法对Ru／AC催化剂催化性能的影响

5．4 本章小结

参考文献

第六章 结论与展望

6．1 总结

6．1．1 高表面石墨化炭载体石墨化结构的调控合成及对负载金属催化剂的影响

6．1．2 高表面石墨化炭载体表面性质调控及对负载金属催化剂的影响

6．1．3 活性炭载体表面氧化改性及对负载金属催化剂的影响

6．2 展望

致谢

附录