Pt/TiO_2催化剂上的氢—氧作用 Ⅰ.氢、氧的吸咐—脱附行为以及相互促进作用

本文采用程序升温脱附(TPD)技术研究了光沉积方法制备的Pt/TiO_2催化剂经过氧化、还原后氧、氢的脱附行为.光沉积过程中,Pt/TiO_2表面上可以生成大量的吸咐氢,在TPD中脱附;同时Pt/TiO_2表面上化学吸附的水在TPD过程中也可以分解释氢.氧化处理的Pt/TiO_2在TPD过程中于550～750K温区出现氧脱附峰,随着氧化温度升高,脱附峰位向高温移动,经实验证明,这种可脱附活泼氧物种的生成是由样品前身中留存氢引起的.还原处理的Pt/TiO_2在TPD过程中分别在300～600和大于600K出现两个氢脱附峰,认为是由于表面羟基和钛—氢(Ti~(4+)—H~-)物种的分解释氢引起的Pt/TiO_2上活泼氧物种的存在,增加了样品在室温条件下的吸氢量;在中温(473～573K)这种活泼氧物种则和氢发生反应,减少了TPD过程中的脱氢量;Pt/TiO_2在大于673K温度还原,可以消除活泼氧物种的影响.     

ICP-MS研究太湖表层沉积物对Cd2+和Zn2+的吸附-解吸特性

前期研究发现太湖过滤水和表层沉积物中Zn含量最高,且表层沉积物中Cd存在强生态危害。因此,在优化实验条件下,以电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)为分析手段研究了太湖苏州湾大桥东表层沉积物(标记为SES)对Cd2+和Zn2+的吸附-解吸特性。吸附动力学结果表明：SES对Cd2+和Zn2+的吸附能力相差不大,在吸附时间t<120 min时,吸附是一个快速阶段,而当t≥120 min时则相反,吸附趋于动态平衡;Cd2+和Zn2+的吸附更符合伪二级动力学模型。吸附热力学实验表明,沉积物对Cd2+的吸附更符合Freundlich模型,而对Cd2+的吸附更符合Langmuir模型。沉积物中Cd2+和Zn2+的解吸动力学研究发现,二者均更符合Elovich方程,为非均相扩散过程。且当pH值增大时,沉积物中Cd2+和Zn2+的解吸量逐渐减小,并在pH=9时趋于稳定。结合Cd2+和Zn2+的吸附-解吸特性发现,SES对Cd2+和Zn2+的吸附速率远远大于其解吸速率,与作者前期研究结果一致。揭示了太湖表层沉积物对Cd2+和Zn2+的吸附-解吸作用机理及不同因素对吸附-解吸行为的影响。对研究太湖固-液两相界面重金属的分配和污染水体修复具有重要指导意义。     

表面活性剂亲水-亲油能力对动态界面张力的影响

当两个不互溶的液相接触时,如果其中一相或两相含有表面活性物质,就可能产生动态界面张力。两相间的界面张力随时间连续变化,直到平衡为止。在到达平衡的过程中,经常通过一个最低值。酸性油／碱水体系也会出现类似现象。Englind和Berg把动态界面张力解释为表面活性物质在界面上累积的结果,并观察到1,5－戊二醇由白油向水中传质时存在明显的吸附－脱附位垒。Rubin和Radke首次给出了解释酸性原油与碱水溶液接触时产生动态界面张力的物理模型,他们提出在油水上存在一个表面活性物质的脱附位垒,原油中的酸性物质与氢氧化钠在界面上的反应是迅速完成的,而这些物质的脱附,则比较缓慢,从而合理地解释了这一特征。近年来,由于超低界面张力在强化采油中的重要性,国外研究者对酸性油／碱／表面活性剂体系的动态界面张力特征进行了比较系统的研究,但其机理有待进一步探讨,本文通过对正构烷烃／石油磺酸盐体系动态界面张力的研究,考察了吸附－脱附位垒产生的原因、影响因素及其对动态界面张力曲线的影响,对酸性油／表面活性剂体系动态界面张力的机理进行了更深入的探索。     

Adsorption-desorption of Silica Nanoparticles on Poly(ethylene glycol) Brushes Grafted onto Au Substrate Studied by Quartz Crystal Microbalance

The adsorption-desorption of silica nanoparticles(NPs) on poly(ethylene glycol)(PEG) grafted onto gold(Au) substrate was studied by quartz crystal microbalance with dissipation monitoring(QCM-D) technique. The results of frequency and dissipation show that SiO₂ NPs can be adsorbed strongly on PEG-SH brushes at pH of 9.6, and a new dense and rigid construction is formed. Adjusting the pH from 9.6 to 12.3 resulted in the desorption of silica NPs from the PEG brushes because of a significant weakening of the hydrogen bond between the silica NPs and PEG chains. In addition, the viscoelastic properties of the system during the adsorption-desorption process were also analyzed via the relationship between the normalized frequency(Δf/n) and mass. And the corresponding atomic force microscopy(AFM) images also exhibit morphological changes during the above process, consistent with the changes in viscoelasticity.     

氢气在碳纳米管基材料上的吸附-脱附特性

利用高压容积法测定多壁碳纳米管(MWCNTs)及钾盐修饰的相应体系(K＋-MWCNTs)的储氢容量,并用程序升温脱附(TPD)方法表征研究氢气在MWCNTs基材料上的吸附-脱附特性.结果表明,在经纯化MWCNTs上,室温、9.0 MPa实验条件下氢的储量可达1.51％（质量分数）;K＋盐对MWCNTs的修饰对增加其储氢容量并无促进效应,但相应化学吸附氢物种的脱附温度有所升高;K＋的修饰也改变了MWCNTs表面原有的疏水性质.在低于723 K的温度下,H2/MWCNTs体系的脱附产物几乎全为氢气;773 K以上高温脱附产物不仅含H2,也含有CH4、C2H4、C2H2等C1/C2烃混合物;H2/K＋-MWCNTs储氢试样的脱附产物除占主体量的H2及少量C1/C2烃混合物外,还含水汽,其量与吸附质H2源水汽含量密切相关.H2在碳纳米管基材料上吸附兼具非解离 (即分子态) 和解离(即原子态)两种形式.     

掺杂对Pd/Al2O3催化剂物相结构及表面氧性质的影响

采用XRD、DTA、TPD－MS及流动反应法等手段，研究了掺杂超细ZrO2对Pd／Al2O3催化剂物相结构、表面氧性能及催化活性的影响.结果表明，掺杂超细ZrO2，对催化剂Pd／Al2O3的载体物相变化（α－Al2O3的生成）有明显的抑制作用，很高了催化剂的贮氧能力及表面吸附氧的活性，从而提高了催化剂的耐热稳定性、氧化能力以及对贫氧气氛的适应能力．     

多壁碳纳米管的改性及其储氢性能研究

考察了空气处理、混酸处理、H₂O₂处理和等离子体活化等化学改性和多种活性金属修饰对碳纳米管储氢性能的影响,采用TPD-H₂评价装置测试了不同样品吸附的氢气在程序升温后的脱附情况,用峰面积和氢气的校正因子计算出样品吸附氢气的体积,从而计算出碳纳米管的储氢容量.实验结果表明,化学改性和金属修饰均能明显提高碳纳米管的储氢性能,其中经过混合酸和H₂O₂化学处理并负载质量分数为20%Ni的碳纳米管,在常温常压下的氢气储存的质量分数达到2.55%,比未做任何处理的碳纳米管的储氢容量提高了7倍.     

球腔中氢键流体的吸附-解吸附转变:表面调控研究

集中讨论了球形微腔表面对腔中氢键流体相态结构的调控机制. 为了揭示微腔表面对腔中氢键流体相平衡的影响, 首先根据吸附-解吸附原理并利用经典流体的密度泛函理论计算了微腔中氢键流体的平衡密度分布, 进而通过吸附-解吸附等温线及巨势等温线绘制出体系的相图. 在此基础上, 重点考察了球腔尺寸、 表面作用强度和作用力程对氢键流体毛细凝聚及层化转变的影响. 结果表明, 这些因素可以有效地调控体系毛细凝聚和层化转变的临界约化温度、 临界密度和相区大小等特征, 从而阐明了表面调控的主要机制. 研究结果为设计相关吸附材料提供了理论参考.     

ICP-MS研究黄河三湖河口表层沉积物对Cd~(2+)和Cu~(2+)的吸附-解吸特性

为了研究黄河上游表层沉积物与Cd~(2+)和Cu~(2+)的相互作用机理,以黄河三湖河口表层沉积物(简称样品)为研究对象,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术,优化样品对Cd~(2+)和Cu~(2+)的吸附固液比、时间、pH等条件。并在此条件下研究了Cd~(2+)和Cu~(2+)在样品上的吸附特性和解吸特性。结果表明:两种金属的优化吸附条件不同,在各自优化吸附条件下,样品对Cu~(2+)和Cd~(2+)的平衡吸附量分别为0.88和0.13 mg·g~(-1);对两种金属的吸附动力学符合伪二级吸附动力学模型,且样品对Cu~(2+)的吸附速率大于对Cd~(2+)的吸附速率;吸附热力学拟合结果显示吸附过程符合Freundlich模型,对两种金属的吸附均属于优惠型吸附,且吸附过程属于吸热过程,可自发进行;解吸动力学研究表明,两个金属的解吸过程均符合Elovich方程,属于非均相扩散;在多离子竞争吸附-解吸实验中发现,样品对Cu~(2+)的吸附-解吸受到共存离子的影响更大。研究结果揭示了黄河三湖河口表层沉积物对Cd~(2+)和Cu~(2+)吸附和解吸的作用机理以及共存离子对吸附解吸特性的影响。对于分析重金属在水体与沉积物之间的作用机理、固液两相分布规律以及重金属迁移能力提供了理论依据,同时也为制定研究区域针对性的重金属防控措施具有一定指导意义。     

ICP-MS研究黄河河曲段表层沉积物对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附-解吸特性

表层沉积物易于富集和释放水中重金属,是污染水体中重金属的源和汇,研究表明黄河河曲段水体中Pb和Cr重金属污染严重。以电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)为检测手段,研究了在优化实验条件下,黄河河曲段表层沉积物对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附特性和解吸特性。结果表明：黄河河曲段沉积物对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)具有较强的吸附作用,在吸附初始5 min时吸附率均达到98%以上,且是自发的吸热过程(ΔG<0,ΔH>0)。动力学实验显示,两种离子的吸附过程均符合准二级吸附动力学。等温吸附方程拟合发现,Pb(Ⅱ)的吸附符合Langmuir模型,而Cr(Ⅵ)的吸附符合Freundlich模型。解吸过程符合Elovich方程,且受pH的影响较大。Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)二元体系竞争效应研究表明,Pb(Ⅱ)的吸附率大于Cr(Ⅵ),且均低于单离子吸附率。扫描电子显微镜(SEM)和孔径及比表面积分析显示,黄河河曲段表层沉积物表面结构不规则,且具有相对较高比表面积。该研究揭示了Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)在黄河河曲段沉积物上的吸附-解吸行为,对评估沉积物污染风险和污染修复、掌握重金属离子与沉积物之间的作用机理具有一定指导意义。