新型生物質(zhì)碳基催化劑的綠色制備及催化性能的研究.pdf

1、在當(dāng)今人類生產(chǎn)和生活中，催化劑已經(jīng)不僅僅應(yīng)用于傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)，而在環(huán)境治理、人體機(jī)能調(diào)節(jié)和能量存儲等領(lǐng)域也被廣泛使用。然而隨著社會不斷進(jìn)步和環(huán)境問題的日益凸顯，開發(fā)價格低廉、環(huán)境友好的高效綠色催化劑成為相關(guān)研究人員的研究熱點。本論文以來源廣泛、環(huán)境兼容的廉價生物質(zhì)為原材料，采用綠色合成方法成功制備出多種具有可控結(jié)構(gòu)的碳基催化劑，在加氫反應(yīng)和光降解反應(yīng)中具有較好的催化活性。具體研究內(nèi)容如下:
　　1.以天然棉花為原料，采用常溫浸漬和

2、高溫焙燒兩步法制得負(fù)載型Ni/C催化劑。通過控制初始溶液中Ni2+的濃度和焙燒溫度可以對Ni/C催化劑中Ni載量、Ni顆粒尺寸和分散性等進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。將不同制備條件下所得的Ni/C催化劑應(yīng)用于鄰氯硝基苯選擇加氫為鄰氯苯胺的反應(yīng)，當(dāng)初始Ni2+濃度為0.1M，焙燒溫度為400℃時所制備Ni/C催化劑具有高達(dá)51％的Ni載量，并且負(fù)載Ni顆粒分散度高，尺寸小，分布均一，具有最高的催化活性，在0.5 MPa的低H2壓力下5小時內(nèi)實現(xiàn)鄰氯硝基苯

3、的完全轉(zhuǎn)化，并保持90％以上的鄰氯苯胺選擇性。
　　2.以糠醛為前驅(qū)體，采用低溫水熱法和高溫焙燒兩步法制得具有分級結(jié)構(gòu)的嵌入型Ni/C催化劑。通過控制焙燒溫度對Ni/C催化劑的形貌、分級結(jié)構(gòu)及Ni顆粒的尺寸大小和分散性等進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。將不同溫度處理下的Ni/C催化劑應(yīng)用于硝基苯類化合物選擇加氫為苯胺類化合物的反應(yīng)，在300℃下焙燒得到的Ni/C催化劑具有多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，較大的比表面積和高分散的小尺寸Ni顆粒，因而具有最高的催化性能

4、和循環(huán)穩(wěn)定性，在2 MPa的H2壓力下2小時內(nèi)實現(xiàn)大部分硝基苯類底物的轉(zhuǎn)化和較高的目標(biāo)產(chǎn)物選擇性，并在十次循環(huán)反應(yīng)過程中保持此高效催化性能。
　　3.以木糖為前驅(qū)體，采用低溫水熱和高溫焙燒兩步法制得高分散的碳納米球。在高溫處理過程中碳納米球內(nèi)部有類石墨烯結(jié)構(gòu)的單層碳產(chǎn)生，其含量隨焙燒溫度的升高而增加。將不同溫度下焙燒所得的碳納米球作為非金屬催化劑應(yīng)用于鄰氯硝基苯選擇加氫為鄰氯苯胺的反應(yīng)，其催化活性隨焙燒溫度的升高而增加，但都具有1

5、00％的鄰氯苯胺選擇性。結(jié)合模擬計算可以推斷，類石墨烯單層碳是碳納米球催化鄰氯硝基苯選擇加氫反應(yīng)的活性中心:位于類石墨烯單層碳zigzag邊緣上的不飽和C原子具有選擇吸附和拉長鄰氯硝基苯分子中N-O鍵的作用，所以在催化反應(yīng)中碳納米球樣品展現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和100％的鄰氯苯胺選擇性。
　　4.以糠醛為前驅(qū)體，采用低溫水熱法一步制得具有核殼結(jié)構(gòu)的ZnO@C微米棒復(fù)合物。體系中的糠醛不僅在水熱初期誘導(dǎo)ZnO的成核和生長，而且在ZnO微