新型碳基催化劑的制備以及在環(huán)境催化中的應(yīng)用.pdf

1、納米碳材料具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特性、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)等方面的性能，作為一種新穎的，環(huán)境友好的，可再生材料，其應(yīng)用一直是科技創(chuàng)新的前沿領(lǐng)域，在環(huán)境催化領(lǐng)域也引起了研究熱潮。本論文以新型碳納米材料—碳納米管和納米洋蔥碳作為載體，制備碳基催化劑，研究其在環(huán)境催化中的應(yīng)用，包括直接催化分解氮氧化物和可見光下催化分解難降解有機(jī)廢水兩部分，重點(diǎn)探索了以納米洋蔥碳為載體的催化劑性能，拓展了納米碳材料在環(huán)境催化方面的應(yīng)用。本論文主要結(jié)論如下:
　

2、　(1)制備了碳納米管負(fù)載非貴金屬催化劑Fe/CNTs，Mn/CNTs和Cu/CNTs，以此三種催化劑直接分解NO得到了較好的催化效果。Fe/CNTs樣品在NO轉(zhuǎn)化率和N2的選擇性方面顯示出了優(yōu)異的性能。500℃時(shí)Fe/CNTs分解NO轉(zhuǎn)化率達(dá)到76％，N2的選擇性達(dá)到87％。催化劑活性和選擇性順序均為Fe/CNTs＞Mn/CNTs＞Cu/CNTs。Fe，Mn與CNTs發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)形成碳化物，而在Cu/CNTs樣品中，卻產(chǎn)生了碳酸

3、銅。碳化物對(duì)于NO直接分解為N2和O2更為有效。在300-500℃的反應(yīng)溫度內(nèi)，即保證了催化劑的高活性，也避免了MWCNTs被強(qiáng)烈氧化。
　　(2)首次研究了新型碳材料CNOs（洋蔥狀碳）作為氮氧化物直接分解催化劑載體的活性，以浸漬法制備CNOs擔(dān)載Cu，Mn和Cu-Mn雙金屬催化劑，金屬顆粒較為均勻的分散于CNOs表面，其中Cu-Mn/CNOs顯示出了較高的活性，溫度為500℃時(shí)，NO轉(zhuǎn)化率為77％，N2的選擇性為90％。在Cu

4、/CNOs催化劑中很容易形成NO2-和NO3-，不利于氧的脫附，因此活性最低，而雙金屬Cu-Mn/CNOs中，Mn2-δ-Cu2+δ之間的氧化還原作用有利于氧物種O22-和O2-的形成，使得氧迅速脫附，得到較高的NO轉(zhuǎn)化率及N2的選擇性。
　　(3)利用SDP聯(lián)合溶膠凝膠法制備了不同焙燒溫度下的MWCNTs-TiO2光催化劑。結(jié)果表明，SDP能夠形成微小的、分散更均勻的納米顆粒;焙燒溫度對(duì)復(fù)合光催化劑的可見光響應(yīng)也有較大的影響，4

5、50℃溫度下焙燒得到的光催化劑MCT3有最強(qiáng)的可見光吸收和最佳的催化活性，喹啉降解率大于80％。碳光敏化作用是MWCNTs-TiO2光催化劑在可見光下具有催化活性的主要原因。
　　(4)以MCT3催化劑深度降解焦化廢水，用中心組合設(shè)計(jì)響應(yīng)曲面法(Central Composite Design，CCD)進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化，在pH為6.72，催化劑投加量為0.94 g·L-1，氣體流速為0.98 L·min-1以及初始濃度為50mg·L-

6、1的反應(yīng)條件下，MCT3可見光下催化降解焦化廢水得到最高86.57％的降解率。
　　(5)采用SDP聯(lián)合溶膠凝膠法制備了具有可見光響應(yīng)-磁可分離雙功能的CEMNs-TiO2納米復(fù)合光催化劑，考察了焙燒溫度對(duì)催化劑活性的影響，焙燒溫度為450℃的樣品可見光催化活性最佳。通過磁滯回線測(cè)試得出CEMNT3的Mr/Ms為0.016，剩磁幾乎可以忽略，即磁滯回線為重合“S”型曲線，具有超順磁性，在保護(hù)磁核的磁分離效果的同時(shí)保證了復(fù)合材料的可

7、見光催化活性。
　　(6) CEMNs-TiO2納米復(fù)合光催化劑在水溶液中呈懸浮態(tài)，能夠發(fā)揮顆粒的大比表面積，與待降解有機(jī)物良好的接觸，在反應(yīng)結(jié)束后，可借助外磁場(chǎng)進(jìn)行快速分離回收，循環(huán)利用。在循環(huán)使用6次后亞甲基藍(lán)降解率下降為69.88％，磁回收率為90.6％。
　　(7) CEMNs-TiO2納米復(fù)合光催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)的光催化降解作用產(chǎn)生的原因是碳在光降解過程中不僅起吸附或分散作用，更起到了摻雜作用，形成Ti—O—C鍵，引