活性炭催化碳酸二甲酯水解行为的研究

以无氯Cu/AC催化剂中活性炭载体为研究对象,对活性炭上DMC水解反应条件进行了考察,并通过Boehm滴定法和XPS对活性炭上DMC水解活性位点进行了分析。结果表明,温度的升高和水含量的增加对DMC水解有较大的促进作用,较高的压力和CO₂气氛对DMC水解有一定的抑制作用,甲醇量和CO、O₂、N₂气氛对DMC水解影响较小。不同条件处理的活性炭表面基团种类、数量均有较大变化,HNO₃处理使活性炭碱性基团含量下降,羧基等酸性含氧官能团含量明显增加,总酸量最高可达1.88 mmol·g^-1;先HNO₃后NaOH处理的活性炭上酸性基团含量大量减少,表面碱性基团含量则有较大提高,总碱量最高可达1.69 mmol·g^-1。特别地,活性炭表面碱性基团是催化DMC水解的活性位点,在活性炭碱性基团含量由0.16增加到1.69 mmol·g^-1的过程中,DMC水解程度由2.5%增加到了31.7%,而酸处理可以有效降低活性炭表面碱性基团含量,抑制其催化DMC的水解性能。     

多巴胺改性活性炭材料的制备与表征

采用多巴胺对活性炭进行改性,并对改性样品进行表征。优选实验得出当Ag~+浓度为0.08 mol·L~(-1)时,载银活性炭银流失速率最慢。条件实验得出多巴胺改性活性炭制备最佳条件为:多巴胺和活性炭质量比为1∶6,反应pH为8.5。改性后活性炭表面酸性和碱性基团数量均大于未改性活性炭,其中碱性基团数量增加了1.71 mmol·g~(-1),而且改性后活性炭表面亲水性官能团增加,亲水性较好。最后分别采用了红外光谱、电镜扫描和热重分析等技术对材料进行表征分析。     

硝酸氧化对三种活性炭结构及化学性能的影响

对煤质活性炭、椰壳活性炭和沥青基活性炭进行了硝酸氧化处理。通过酸碱滴定、红外光谱、比表面积和孔径分布测定研究了硝酸氧化对3种活性炭的表面官能团、比表面积和孔结构的影响,以及硝酸氧化对活性炭进一步进行乙二胺胺化的影响。结果表明,在所选的3种活性炭中,氧化对于椰壳活性炭的物理结构破坏最严重,比表面积下降了16%,而煤质活性炭与沥青基活性炭均很好地保持了原有的结构性质。硝酸氧化在不同的活性炭表面均引入了一定量的酸性基团,其中沥青基活性炭氧化后表面酸性基团含量最高,达到2.36mmol/g。氧化后的3种活性炭接枝乙二胺后,沥青基活性炭的表面碱性基团含量最高,达到1.39mmol/g。     

葡萄糖加氢用Ru/活性炭催化剂: 改性方法对活性炭表面性能的影响

分别采用超临界甲醇流体、浓硝酸氧化、浓硝酸结合超临界甲醇流体等不同手段对椰壳活性炭进行了表面处理,用N2物理吸附、Boehm滴定、X光电子能谱仪(XPS)、电感耦合等离子原子发射光谱分析(ICP)、透射电镜(TEM)等手段研究了处理方法对活性炭表面孔结构及表面基团的影响;并以活性炭为载体,三氯化钌为活性前驱体,采用等容水浸渍法制备了钌炭催化剂,以葡萄糖加氢生产山梨醇为模型反应对制备的钌基催化剂的催化活性进行了评价.结果表明:各种处理方法对活性炭的比表面、孔径等孔结构性能影响不大;但超临界甲醇处理活性炭可明显减少活性炭表面含氧酸性基团的含量,尤其是羧基等不稳定基团的含量;而硝酸处理活性炭则可大幅度提高活性炭表面含氧酸性基团的含量,尤其是羧基等不稳定基团的含量增加更大.ICP分析结果表明:超临界甲醇处理活性炭并不改变活性炭样品对钌的吸附量,但硝酸氧化处理活性炭却能明显提高样品对钌的吸附能力.活性炭表面的这些含氧基团虽然有利于钌离子的吸附,但却不利于钌在活性炭表面的分散.由于超临界甲醇流体处理活性炭时的表面反应及萃取作用,可有效清除活性炭表面的不稳定含氧酸性基团,避免还原过程中钌的迁移聚集,使负载钌的分散度提高,有利于增强钌与活性炭间的相互作用,使钌部分缺失电子,钌的结合能升高;可明显提高负载钌炭催化剂葡萄糖催化加氢的活性.     

对甲苯磺酸/活性炭/双氧水体系选择氧化苯乙烯生成苯甲醛(英文)

以双氧水为氧化剂,研究了对甲苯磺酸和活性炭体系选择氧化苯乙烯生成苯甲醛反应性能。考察了反应时间、温度、催化剂用量、苯乙烯和双氧水摩尔比等对苯乙烯选择氧化性能的影响.结果表明,对甲苯磺酸和活性炭的用量和用量比是一个重要因素,但对甲苯磺酸的酸性对氧化反应活性影响不大.对甲苯磺酸和双氧水相互作用,经非自由基过程氧化苯乙烯.通过分解双氧水产生氢氧自由基,活性炭显著提高对甲苯磺酸和双氧水体系氧化苯乙烯活性.在惰性或还原气氛中高温处理活性炭能降低其表面含氧基团数量,增加碱性,有效分解双氧水,产生相对较多的OH自由基.与未处理的活性炭相比,高温处理的活性炭进一步提高了对甲苯磺酸和双氧水体系氧化苯乙烯活性,但降低了苯甲醛选择性.经磺化,在活性炭表面引入的–SO_3H基团比含氧基团(–OH,–COOH)更有效与双氧水作用氧化苯乙烯.     

活性炭表面基团的调变对Ru/AC氨合成催化剂的影响

通过硝酸处理的方法对活性炭表面基团进行了调控,研究了活性炭表面基团的数量对负载钌基氨合成催化剂的影响。运用N2物理吸附、CO化学吸附、Boehm滴定法和质量滴定法等分析手段对催化剂进行了表征。结果表明,随着预处理硝酸浓度的增加,活性炭表面含氧基团的数量线性增加,等电点逐渐减小,而催化剂的活性先增加后减小,钌的分散度也呈现相同的规律。当硝酸浓度达到4.6mol/L时,活性炭表面总含氧基团量为1.21mmol/g,钌的分散度和催化剂的活性都是最佳。适量的含氧基团对提高钌的分散度是有利的,但过量的含氧基团并不能进一步提高钌的分散度,催化剂的合成氨活性和载体表面的含氧基团数量不是线性增加的关系。     

活性炭及表面性质对Ru基氨合成催化剂性能的影响

 采用N2物理吸附和He-TPD等表征手段考察了不同活性炭及其经HNO3和氧化处理后的孔结构性质及表面基团的变化,并用CO化学吸附分析了其对活性组分Ru分散度的影响. 结果表明,活性炭较发达的中孔结构可显著提高Ru的分散度. 活性炭的部分表面含氧基团是Ru的分散中心,它们的量会明显影响催化剂的Ru分散度及活性. 活性炭经HNO3处理虽然可以使含氧基团的量增加,但同时也使不稳定基团的量增加,这些不稳定基团在催化剂还原过程中分解,不利于Ru的分散. 活性炭的气相热处理可以调变其表面结构及表面基团,从而提高 Ru的分散度及催化剂活性.     

KIT-6负载CeO2催化CO2和甲醇合成碳酸二甲酯

采用不同老化温度(80、100、120和150℃)合成了一系列KIT-6载体,并通过浸渍法制备了相应的CeO_2/KIT-6催化剂。结合X射线衍射、N_2物理吸附、NH_3程序升温脱附、CO_2程序升温脱附、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等表征结果,详细考察了老化温度对KIT-6结构以及CeO_2/KIT-6催化剂直接催化CO_2和甲醇合成碳酸二甲酯(DMC)反应活性的影响。结果表明,不同老化温度下制备的KIT-6均保持其独特的三维孔道结构。随着老化温度升高,KIT-6比表面积先增大后减小,当老化温度为100℃时,KIT-6比表面积达到最大(683 m~2·g~(-1))。KIT-6较高的比表面积有利于提高CeO_2分散度,进而提高暴露的活性位点数量,催化活性随催化剂表面中等碱/酸性吸附位数量和Ce~(3+)含量的增加而逐渐提高。其中,CeO_2/100-KIT-6催化剂中CeO_2颗粒尺寸最小(5.9 nm),暴露的活性位数量最高,催化活性最佳。随后,考察了反应温度和压力对CeO_2/100-KIT-6催化活性的影响。随着反应温度提高,催化活性先升高后降低,当反应温度为140℃时,催化活性最高;且催化活性随反应压力的提高而逐渐增加。在反应温度为140℃、压力为6.8 MPa条件下,催化剂经6次循环后,DMC收率由15 mmol·g_(CeO_2)~(-1)逐渐降低至2.8 mmol·g_(CeO_2)~(-1),原因归结为反应过程中CeO_2纳米颗粒发生团聚,使暴露出的活性位数量减少。     

活性炭表面性质对氧气扩散电极电催化性能的影响

 分别采用硝酸和空气氧化处理制得具有不同表面性质的粉末活性炭,并以此为催化层材料制成炭基氧气扩散电极,测定了不同电极的极化曲线和电化学阻抗谱. N2物理吸附和He程序升温脱附(He-TPD)研究表明,硝酸处理对活性炭孔结构的影响较小,但可使其表面含氧基团明显增加; 而空气氧化处理则会导致活性炭的中孔面积和孔容显著增大,但对表面含氧基团的影响较小. 极化曲线和电化学阻抗谱研究发现,当活性炭的孔结构相近时,电极的催化性能随着表面含氧基团的增多而急剧下降; 当活性炭表面含氧基团的量相近时,中孔孔容增大将导致电极催化性能的恶化. 与活性炭表面含氧基团相比,孔结构对氧气扩散电极的电化学性能具有更显著的影响.     

活性炭表面含氧基团对苯酚吸附平衡及动力学的影响

煤基活性炭分别用烧失处理和HNO3氧化处理后得到不同表面性质的活性炭,采用X射线光电子能谱(XPS)、N2吸附、酸碱滴定及零电荷点(pHPZC)对活性炭表面性质及孔结构进行表征,研究了活性炭表面性质对苯酚吸附平衡和吸附动力学影响.经HNO3氧化后,活性炭表面含氧基团显著增加,烧失处理后,表面含氧基团尤其是羧基显著减少.苯酚最大平衡吸附量随活性炭表面含氧基团的增多而减少,吸附速率常数与碳表面含氧基团的量呈正相关,而吸附活化能与活性炭在一定吸附条件下表面所带电荷多少相关.随着活性炭表面含氧基团增多,吸附活化熵增大(负值减小),苯酚在活性炭表面排列的有序性减小.静态吸附与动态吸附实验结果都表明:在含氧基团较少而碱性更强的活性炭上,发生化学吸附的程度更大.     

多孔碳负载镍纳米颗粒的制备及催化氨硼烷水解制氢

合成了蜂窝状的分级多孔碳,并以多孔碳为载体通过浸渍-化学还原法制备碳载镍(Ni/C)作为催化氨硼烷水解制氢的催化剂。采用XRD、BET、SEM、Raman、TEM等手段对样品进行了表征并研究了Ni/C室温催化性能。结果显示,多孔碳比表面积高达737 m²·g^-1,具有部分石墨化结构;负载的非晶态镍纳米颗粒平均粒径约为10 nm,均匀分布在碳基材。碳载镍对氨硼烷水解反应具有良好的催化活性,镍负载量为30wt%时催化性能最佳,298 K温度下放氢速率达到1 304.67 mL·min^-1·g^-1,活化能为29.1 kJ·mol^-1,并且具备一定的催化稳定性,表明Ni/C可作为一种廉价高效的催化剂应用于催化氨硼烷水解制氢。     

多孔碳负载镍纳米颗粒的制备及催化氨硼烷水解制氢

合成了蜂窝状的分级多孔碳,并以多孔碳为载体通过浸渍-化学还原法制备碳载镍(Ni/C)作为催化氨硼烷水解制氢的催化剂。采用XRD、BET、SEM、Raman、TEM等手段对样品进行了表征并研究了Ni/C室温催化性能。结果显示,多孔碳比表面积高达737 m2·g-1,具有部分石墨化结构;负载的非晶态镍纳米颗粒平均粒径约为10 nm,均匀分布在碳基材。碳载镍对氨硼烷水解反应具有良好的催化活性,镍负载量为30wt%时催化性能最佳,298 K温度下放氢速率达到1 304.67 m L·min-1·g-1,活化能为29.1 k J·mol-1,并且具备一定的催化稳定性,表明Ni/C可作为一种廉价高效的催化剂应用于催化氨硼烷水解制氢。     

Thermodynamic study of triclosan adsorption from aqueous solutions on activated carbon

The change in the thermodynamic properties of triclosan adsorption on three activated carbons with the different surface chemistry was studied through immersion calorimetry and equilibrium data; the amount adsorbed of triclosan (Q) during calorimetry was determined and correlated with the energy associated with adsorbate–adsorbent interactions in the adsorption process. It was noted that triclosan adsorption capacity decreases with an increase in oxygenated surface groups. For an activated carbon oxidized with HNO₃ (OxAC), the amount adsorbed was 8.50?×?10^?3 mmol g^?1, for a activated carbon without modification (GAC) Q?=?10.3?×?10^?3 mmol g^?1 and for a activated carbon heated at 1073 K (RAC1073) Q?=?11.4?×?10^?3 mmol g^?1. The adsorbed amounts were determined by adjusting the isotherms to the Sips model. For the activated carbon RAC1073, the immersion enthalpy (ΔH_imm) was greater than those of the other two activated carbons due to the formation of interactions with the solvent (ΔH_immOxAC?=?? 27.3 J g^?1?<?ΔH_immGAC?=?? 40.0 J g^?1?<?ΔH_imm RAC1073?=???60.7 J g^?1). The changes in the interaction enthalpy and Gibbs energy are associated with adsorbate–adsorbent interactions and side interactions such as the adsorbate–adsorbate and adsorbate–solvent interactions.

     

常温合成硫掺杂微孔碳及其二氧化碳的吸附性能

常温下以间苯三酚和3-甲醛苯并噻吩作为原料,一步法合成了含硫酚醛树脂。在氩气保护下碳化,成功制备出了硫掺杂多孔碳（S-PC）。并利用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和氮气吸附-脱附仪对材料进行了形貌、结构和性能的表征。实验结果表明,所得样品具有较高比表面积和大量的微孔,经过调控,可以使制备的硫掺杂多孔碳的BET比表面积达到997 m²·g^-1,并使其微孔孔体积达到0.44 cm³·g^-1。得益于较高的比表面积以及其富含微孔的特性,当材料应用于二氧化碳吸附时,具有较高的CO₂吸附量,在273和298 K时分别高达5.13,3.22 mmol·g^-1,并具有良好的选择性。     

常温合成硫掺杂微孔碳及其二氧化碳的吸附性能

常温下以间苯三酚和3-甲醛苯并噻吩作为原料,一步法合成了含硫酚醛树脂。在氩气保护下碳化,成功制备出了硫掺杂多孔碳(S-PC)。并利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和氮气吸附-脱附仪对材料进行了形貌、结构和性能的表征。实验结果表明,所得样品具有较高比表面积和大量的微孔,经过调控,可以使制备的硫掺杂多孔碳的BET比表面积达到997 m2·g~(-1),并使其微孔孔体积达到0.44 cm3·g~(-1)。得益于较高的比表面积以及其富含微孔的特性,当材料应用于二氧化碳吸附时,具有较高的CO2吸附量,在273和298 K时分别高达5.13,3.22 mmol·g~(-1),并具有良好的选择性。     

FeNi层状双氢氧化物/TiO2复合光催化剂的制备及其制氢性能

层状双氢氧化物(LDH)的光生电子-空穴对易复合,虽然纳米薄片的结构促进了载流子分离,但其光催化效率仍然较低。我们利用LDH薄片结构的优势,将FeNi LDH和TiO₂通过静电自组装复合,设计制备出新型高效的FeNi LDH/TiO₂复合光催化材料,评价了其光催化分解水产氢性能。对其结构、光催化性能和光电化学等进行了详细表征。结果表明,FeNi LDH的高比表面积、复合物的异质结结构都有利于光生电荷的转移。光催化产氢结果表明,FeNi LDH/TiO₂复合材料的产氢速率(22.6mmol·g^-1·h^-1)分别比纯TiO₂(0.1 mmol·g^-1·h^-1)和FeNi LDH(0.05 mmol·g^-1·h^-1)提高了226和452倍,表明了异质结在提高LDH光催化效率方面的重要作用。     

Synthesis and acid catalysis of cellulose-derived carbon-based solid acid

SO₃H-bearing amorphous carbon, prepared by partial carbonization of cellulose followed by sulfonation in fuming H₂SO₄, was applied as a solid catalyst for the acid-catalyzed hydrolysis of β-1,4 glucan, including cellobiose and crystalline cellulose. Structural analyses revealed that the resulting carbon material consists of graphene sheets with 1.5 mmol g^?1 of SO₃H groups, 0.4 mmol g^?1 of COOH, and 5.6 mmol g^?1 of phenolic OH groups. The carbon catalyst showed high catalytic activity for the hydrolysis of β-1,4 glycosidic bonds in both cellobiose and crystalline cellulose. Pure crystalline cellulose was not hydrolyzed by conventional strong solid Brønsted acid catalysts such as niobic acid, Nafion^® NR-50, and Amberlyst-15, whereas the carbon catalyst efficiently hydrolyzes cellulose into water-soluble saccharides. The catalytic performance of the carbon catalyst is due to the large adsorption capacity for hydrophilic reactants and the adsorption ability of β-1,4 glucan, which is not adsorbed to other solid acids.     

Cu、C共负载ZnO光催化剂固氮性能及机理

为提高ZnO催化剂光催化固氮性能,克服其光生电子-空穴复合率高、可见光响应能力差以及易光腐蚀等缺点,本研究采用Cu、C共负载方式对ZnO催化剂进行改性(以下简称CuCZ催化剂)。结果显示,CuCZ?3%(Cu占ZnO质量的3%)催化剂的光催化固氮速率最大,达到4.96 mmol·g_cat^-1·h^-1,为ZnO(0.612 mmol·g_cat^-1·h^-1)的8.10倍、CZnO(C负载ZnO,3.00 mmol·g_cat^-1·h^-1)的1.65倍。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV?Vis DRS)、光致发光光谱(PL)以及电化学阻抗谱(EIS)对CuCZ催化剂进行表征以探究其光催化固氮效果提高的机理。结果表明,Cu、C共负载产生的界面电荷转移机制和C的“电子桥梁”作用提高了ZnO催化剂的光催化固氮性能,降低了光生电子-空穴复合率。CuCZ?3%催化剂的4次光催化循环固氮速率稳定于4.61~4.96 mmol·g_cat^-1·h^-1之间,这说明C层的包覆削弱了CuCZ催化剂的光腐蚀过程,增强了其稳定性。     

载体H+含量对CuY甲醇氧化羰基化反应性能影响

通过过量浸渍Cu(NO_3)_2溶液于Y分子筛载体上,制备出Cu负载量为6.4%的CuY催化剂,考察了甲醇氧化羰基化反应的催化性能,并采用X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、透射电子显微镜(TEM)和NH3程序升温脱附(NH3-TPD)等手段对催化剂表面微观结构进行了表征。研究表明,随Y分子筛载体H+含量的增加,可使更多Cu物种落位于分子筛微孔笼结构中,且高度分散,而笼内未交换的Na+能进一步促进铜物种更多落位于载体超笼结构中,形成更多甲醇氧化羰基化反应的Cu+活性中心。同时随铜物种引入,催化剂中产生了明显的中强酸,酸量随落位于载体笼结构中的Cu物种的增加而增加,催化剂总酸量随之增加,导致甲醇氧化羰基化产物分布发生改变,碳酸二甲酯(DMC)选择性明显降低。对比等体积浸渍法制备的92.3%的高DMC选择性CuY催化剂,以不含H+的NaY分子筛为载体,过量浸渍法制备的CuY催化剂酸量少、Cu物种活性中心多,在保持82.4%的高DMC选择性时,其DMC的时空收率(STY)也高达109.1mg·g~(-1)·h-1。