杂多酸的固载化研究(II)

研究了以多种方法化学改性的不同活性炭表面化学特性及十二硅钨酸（SiW_(12)）在相应表面的吸附. 首次提出，不同原料来源和改性的活性炭对SiW_(12)的吸附有不同的等温线形式和吸附力. 活性炭表面的羰基有利于SiW_(12)的吸附，而表面的羧基则是不利的．     

改性活性炭对模拟柴油中噻吩类硫化物的吸附性能

将粉状活性炭(AC)分别经过浓硝酸、浓硫酸和王水氧化后得到3种改性活性炭NAC、SAC和AAC,测定了改性前后活性炭在30℃和50℃对正辛烷溶液中苯并噻吩(BT)、二苯并噻吩(DBT)和3-甲基噻吩(3-MT)的静态等温吸附数据,并用Langmuir方程对数据进行了处理。结果表明,改性后活性炭对噻吩类硫化物的吸附性能均有所增强,其强弱顺序为AAC>NAC>SAC>AC,在30℃下AAC对正辛烷溶液中BT、DBT和3-MT的最大吸附硫含量分别比AC提高了88.7%、63.4%和95.1%。活性炭对噻吩类硫化物的吸附性能强弱与其在红外谱图中含氧官能团的峰强度大小和Boehm滴定分析中含氧官能团数量多少是一致的。在30℃下,再生4次后的AAC对正辛烷溶液中的BT、DBT和3-MT硫的平衡吸附量仍可达到初始吸附量的71.5%、72.7%和40.7%,再生效果良好。     

四氟硼酸改性活性炭的制备及其吸附脱除二苯并噻吩性能

采用浸渍法制备了四氟硼酸(HBF₄)改性活性炭,并研究了其对模拟油中二苯并噻吩(DBT)的吸附脱除性能。利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、差示热分析仪(TG-DTA)、X射线光电子能谱(XPS)以及N₂吸附技术对吸附剂的表面态和孔结构进行了表征,考察了四氟硼酸浓度、热处理温度以及模拟油中DBT浓度对吸附脱硫效果的影响。结果表明,经质量分数0.5%的HBF₄溶液浸渍、140 ℃热处理后,在剂油比1:100条件下,活性炭的吸附容量为352 mg/g,较未改性活性炭提高了72.5%。     

过氧化叔戊醇对二苯并噻吩的氧化脱硫研究

二苯并噻吩（DBT）及其衍生物是重油、减压馏分油及渣油中的主要硫化物。其性质稳定，在通常的加氢脱硫中，二苯并噻吩系列是较难脱除的一类有机硫。李建源等对二苯并噻吩及其衍生物为模型物的氧化脱硫（ODS）、加氢脱硫、吸附脱硫及生物脱硫等作了较为详细的综述。     

模拟轻质油品的氧化脱硫

以正庚烷为溶剂，苯并噻吩（BT）、二苯并噻吩（DBT）、4,6-二甲基二苯并噻吩（4,6-DMDBT）作为模型含硫化合物组成模拟轻质油品，在H2O2-HCOOH氧化体系中对模拟轻质油品氧化脱硫进行了研究。考察了氧化剂用量、氧化温度、氧化时间及芳烃、烯烃、含氮化合物的存在等因素对BT、DBT脱除的影响。实验结果表明：在反应温度60 ℃，H2O2∶S＝7∶1（mol/mol）,H2O2∶HCOOH＝1∶1（v/v）,反应时间在40 min的条件下，4,6-DMDBT能全部脱除, DBT、BT的脱除率分别为96% 、58%。向油品中添加芳烃、烯烃、含氮化合物等对BT、DBT的脱除均有不同程度的影响。     

二苯并噻吩分子印迹复合膜的制备及脱硫性能的研究

聚丙烯中空纤维膜经多巴胺氧化、硅烷化两步表面改性处理后,以甲基丙烯酸为功能单体进行表面分子印迹聚合,制备了中空纤维膜支撑-二苯并噻吩分子印迹复合膜(MIP-PP膜)。利用红外光谱、扫描电镜对印迹复合膜形态结构进行表征,测定了MIP-PP膜的脱硫性能。结果表明,在298 K时,MIP-PP膜对DBT的吸附在180 min达到平衡,最大吸附容量为133.32 mg/g;MIP-PP膜对DBT的吸附符合Lagergren准一级动力学模型及Langmuir吸附等温线,是可自发进行的放热过程。     

过氧化环己酮对二苯并噻吩的氧化脱硫研究

二苯并噻吩（dibenzothiophene DBT）及其衍生物是重油、减压馏分油及渣油中的主要硫化物。在通常的加氢脱硫中，二苯并噻吩系列是较难脱除的一类有机硫。近年来，以二苯并噻吩系列为模型的深度脱硫研究发展迅速。李建源等对二苯并噻吩及其衍生物为模型的氧化脱硫（Oxidative desulfurization ODS）、加氢脱硫、吸附脱硫及生物脱硫等作了较为详尽的报道。     

Ti-MWW分子筛催化叔丁基过氧化氢氧化脱硫

以Ti-MWW为催化剂,考察了不同氧化剂对分别含有苯并噻吩、二苯并噻吩和4,6-二甲基二苯并噻吩等有机硫化物模拟油品氧化反应的影响,结果表明,叔丁基过氧化氢对有机含硫化合物的氧化活性明显高于过氧化氢水溶液。以叔丁基过氧化氢为氧化剂,三种噻吩类含硫化合物氧化的难易顺序为二苯并噻吩> 4, 6-二甲基二苯并噻吩> 苯并噻吩,其氧化活性顺序与含硫化合物中硫原子的电子云密度和空间位阻有关。考察了Ti-MWW/叔丁基过氧化氢催化氧化体系对成品柴油的催化氧化脱硫,结果表明,成品柴油中的含硫化合物可被有效地氧化脱除,在优化的反应条件下,经过两次氧化、萃取后,成品柴油中的总硫含量从1015μg/mL降低至11μg/mL,总脱硫率达到99%。     

二苯并噻吩在 CoMo/CNT催化剂表面上的吸附行为研究

用等体积浸渍法分别制备了碳纳米管(CNT)、活性炭(AC)、γ-Al2O3负载的CoMo加氢脱硫催化剂.用器外预硫化的方法制备了相应的硫化态的CoMo催化剂.采用程序升温脱附(TPD)技术表征了载体、负载的氧化态CoMo催化剂和硫化态CoMo催化剂的表面酸性.采用热重(TG)和XRD等分析手段研究了二苯并噻吩(DBT)在碳纳米管载体、碳纳米管负载的氧化态CoMo催化剂以及硫化态CoMo催化剂上的吸附行为.对DBT在样品表面的吸附行为与表面酸性进行了关联.研究发现DBT分子在载体、负载的催化剂表面的吸附行为遵循如下的规律硫化态CoMo催化剂对DBT的吸附能力＞相应氧化态CoMo催化剂对DBT的吸附能力≥相应载体对DBT分子的吸附能力.研究表明载体的比表面积的大小不是决定DBT吸附量的主要因素.DBT分子的吸附量与载体或催化剂的表面酸性以及其他表面性质有一定的内在联系,随着表面酸性的增强,吸附量也相应增大.加氢脱硫产物分布结果表明,DBT分子在硫化态CoMo/CNT催化剂的表面可能以端点吸附为主;而在硫化态CoMo/AC和CoMo/γ-Al2O3催化剂上存在两种竞争的吸附态,部分DBT分子端点吸附,而另一部分DBT分子倾向于平躺吸附.     

二苯并噻吩在CoMo／γ—A1203催化剂上的分散及吸附

二苯并噻吩(DBT)在80℃下与CoMo／γ—Al2O3催化剂混合并放置24h，即可在催化剂表面发生自发单层分散．通过XRD测定出其分散闭值为0．15g／g，大于计算值0．12g／g(平躺吸附密置单层分散容量)，排除实验误差后可以推测DBT在CoMo／γ—Al2O3表面存在通过硫原子的端链吸附．FT-IR和LRS的分析结果与上述推测相一致，说明DBT可能通过硫原子吸附在CoMo／γ—Al2O3表面的酸中心上．     

六氰合铁酸铜钴-多壁碳纳米管修饰电极研究

采用电沉积方法制备六氰合铁酸铜钴-多壁碳纳米管复合修饰电极(CuCoHCF-MWCNTs/GCE).研究碳纳米管用量、电解液组成对该修饰电极性能的影响.结果表明,与单一的六氰合铁酸铜钴薄膜修饰电极相比,六氰合铁酸铜钴-多壁碳纳米管复合修饰电极具有更优良的电化学特性,以其催化氧化过氧化氢,峰电流与过氧化氢浓度在3.16×10-5～2.92×10-3mol·L-1范围内呈良好的线性关系,线性回归方程为ip(μA)=0.5529+1.1299C(×10-4mol·L-1),相关系数r=0.9966,检出限为1.75×10-5mol·L-1.     

Activated carbon cloth as adsorbent and oxidation catalyst for the removal of amitrole from aqueous solution

Removal of amitrole from water was studied by adsorption on an activated carbon cloth and by oxidation with hydrogen peroxide using the same activated carbon cloth as catalyst. Study variables included the solution pH, ionic strength, and temperature in the adsorption process and the solution pH and the surface chemistry of the activated carbon cloth in the oxidation process. Results showed that amitrole adsorption on activated carbon cloth was not adequate to remove amitrole from water due to the high solubility and low aromaticity of the herbicide, which reduced its adsorption on the carbon. A higher amitrole removal rate was obtained with the activated carbon/H₂O₂ system. The best results were obtained on basic activated carbon surfaces at pH 7–10, when hydroxyl radical formation is favored, achieving the removal of 35–45% of the AMT, compared with 20–25% under the best adsorption conditions. Importantly, oxygen fixed on the carbon surface during AMT oxidation must be removed by heat treatment in order to regenerate the surface basicity of the carbon before its reutilization in another oxidation cycle.     

活性炭负载TiO2光催化氧化二苯并噻吩的研究

以活性炭负载的TiO2为光催化剂,H2O2为氧化剂,30W紫外灯为光源,对含二苯并噻吩（DBT）的模型硫化物进行光催化氧化脱硫研究。考察了TiO2的煅烧温度、负载量、催化剂用量、H2O2用量和光照时间对DBT去除率的影响。实验结果表明,用溶胶 凝胶法制备的TiO2 /活性炭催化剂对DBT具有很好的光催化效果。最佳反应条件为,催化剂煅烧温度400℃,TiO2的负载量为32％,催化剂用量0.7g/100mL, H2O2最佳用量为10mL,即O/S（摩尔比）为14。在最佳反应条件下,光照时间8h,DBT去除率为90％, 此反应为一级动力学反应。     

活性炭及甲酸催化过氧化氢氧化噻吩脱硫研究

以噻吩代表汽油中的有机硫化合物，将其溶解于正辛烷配制成反应原料，考察了活性炭对噻吩的吸附脱硫情况，研究了质量分数为30％的过氧化氢水溶液为氧化剂，在活性炭和甲酸的催化作用下，反应原料中噻吩氧化脱硫。考察了活性炭的催化性能及反应条件对其催化性能的影响。实验结果表明，30％H2O2-HCOOH-AC（活性炭）三元体系产生的过氧甲酸和羟基自由基能将模型有机硫化合物氧化，噻吩的氧化脱硫率可达到85％以上；活性炭和甲酸的催化氧化性能明显优于单纯使用甲酸催化性能。甲酸浓度、活性炭加入量、过氧化氢初始浓度及温度对噻吩硫的氧化脱除均有影响。     

活性炭纤维吸附脱除NO过程中NO氧化路径分析

在小型固定床吸附实验台上开展了黏胶基活性炭纤维吸附脱除NO的实验研究。采用H₂O₂溶液浸渍以及热处理方法对活性炭纤维表面进行修饰,以获得表面孔隙结构接近而含氧官能团含量不同的样品;考察样品在惰性氮气气氛、含氧气氛下吸附脱除NO的效果,以及表面含氧含氮官能团的变化规律。探讨了含氧官能团在NO催化氧化过程中的作用及含氧气氛下O₂对于NO转化为NO₂的影响,分析了活性炭纤维表面吸附的NO向NO₂的主要转化途径。结果表明,在氮气气氛下活性炭纤维表面C-O官能团对吸附态的NO起到氧化作用,吸附态NO被C-O官能团氧化生成-NO₂官能团;在含氧气氛下活性炭纤维吸附NO后表面出现-NO₂、-NO₃官能团,通过长时间实验测定三种样品在含氧气氛下对NO吸附的效果,发现三种样品稳定时催化氧化效果一致,表明含氧官能团对初始NO的物理吸附影响较大,而对整个吸附过程影响较小。吸附在活性炭纤维表面上的NO与环境气氛中的游离态O₂发生氧化反应是NO转变为NO₂的主要途径。     

水热氧化改性碳纸电极在全钒氧化还原电池中的应用

为了提高钒氧化还原电池电极的活性,在180°C下将碳纸电极与过氧化氢的硫酸溶液置于有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中进行不同时间的水热酸氧化处理.水的接触角测试表明,随着处理时间从6h调整至18h,处理前后碳纸电极的接触角也从120.0°降低至100.8°,尤其是经过12h处理的样品的接触角最小,这说明在此条件下处理过的碳纸的亲水性得到了提高.而傅里叶变换红外测试表明,羰基和羧基等含氧基团被成功地引入到了碳纸电极中.使用扫描电镜,循环伏安,电化学阻抗以及充放电技术分别检测了处理前后样品的表面形貌及电化学性能.V(IV)/V(V)氧化还原电对在这些处理过的样品上表现出较大的活性.用处理12h的碳纸电极组装的单电池性能优异,在30mA·cm-2的电流密度下能量效率达到了80%,相应的电流效率和电压效率分别为96%和84%.     

Adsorption of hydrogen peroxide on functionalized mesoporous silica surfaces

MCM-41 and MSU-H mesoporous silicas were successfully functionalized with hydrogen bonds forming organic moieties, which have been proven by elemental analysis. Both moieties, based on oxygen and nitrogen containing groups, were introduced with high efficiency—the amount of carbon in all cases exceeded 10 % and the elemental ratios suggest binding to the surface through two or three Si–O–Si bonds. Hydrogen peroxide adsorption was conducted in its aqueous solutions and the amount adsorbed was determined using the ferric thiocyanate method. Results are presented as a function of hydrogen peroxide concentration in aqueous solution from 5 to 30 %. Both functionalized silicas show increased adsorption capacity when compared with that of their unfunctionalized analogues. The surface modified with nitrogen-based organic moiety revealed better adsorption properties as well as higher resistance against oxidation. MSU-H silica, due to its larger pore diameter, provides more space to bind hydrogen peroxide molecules and thus was found to have higher adsorption capacity: it adsorbed up to four times more hydrogen peroxide than MCM-41.     

Importance of structural and chemical heterogeneity of activated carbon surfaces for adsorption of dibenzothiophene

The performance of various activated carbons obtained from different carbon precursors (i.e., plastic waste, coal, and wood) as adsorbents for the desulfurization of liquid hydrocarbon fuels was evaluated. To increase surface heterogeneity, the carbon surface was modified by oxidation with ammonium persulfate. The results showed the importance of activated carbon pore sizes and surface chemistry for the adsorption of dibenzothiophene (DBT) from liquid phase. Adsorption of DBT on activated carbons is governed by two types of contributions: physical and chemical interactions. The former include dispersive interactions in the microporous network of the carbons. While the volume of micropores governs the amount physisorbed, mesopores control the kinetics of the process. On the other hand, introduction of surface functional groups enhances the performance of the activated carbons as a result of specific interactions between the acidic centers of the carbon and the basic structure of DBT molecule as well as sulfur-sulfur interactions.