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活性炭表面化学环境对负载活性组分的影响

发布时间:2020-05-19 浏览

活性炭是由木质、煤质和石油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成,具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团,特异性吸附能力较强的炭材料的统称。

活性炭表面化学环境对负载活性组分的影响

下面,我们来了解下活性炭表面化学环境对负载活性组分的影响。

一、活性炭表面基团的影响

自1986年Derbyshire发现含氧基团对所负载的活性组分具有重要的影响以后,一系列关于活性炭含氧官能团与所负载活性组分之间相互作用的研究,使得活性炭表面含氧基团对催化剂活性的影响的研究达到了较深的程度。

二、静电相互作用的影响

由于活性炭表面基团的离解性,活性炭在不同pH下,其表面的电荷不同,这将很大地影响到活性炭负载催化剂的性质。当活性炭表面为正电荷时,活性炭表面所带的正电荷将排斥对金属离子的吸附;当活性炭表面为负电荷时,活性炭表面则有利于金属离子的吸附,其吸附量将比电中性时高,对金属的吸附负载量也将增加。

通过测定金属离子在不同pH、温度等条件下的吸附,发现当溶液的pH>pHpze(活性炭表面零点电荷)时,活性炭对金属离子的吸附与金属离子的电负性密切相关,在金属离子浓度较低时,活性炭吸附金属离子是一个金属离子与活性炭表面质子氢相交换的过程;但当金属离子的浓度较高时,吸附变为一个复杂的过程。

三、石墨化程度的影响

活性炭表面石墨层的π吸附位会与负载的Pt作用,这将有利于活性炭所负载的金属Pt的稳定,负载的Pt与活性炭之间的作用会随活性炭石墨化程度的增加而增加,例如:经2000℃处理的活性炭与Pt的作用就比1600℃处理的作用强,因为石墨在2000℃下的处理,活性炭的石墨化程度要比1600℃处理的高。

四、基团稳定性的影响

以三个表面含有不同氧物种的活性炭为载体,在pH为9.5的介质中负载[Pt(NH3)4]Cl2,结果发现,表面含氧基团较多的硝酸氧化活性炭,负载Pt催化活性组分以后其催化活性很小,究其原因,是由于硝酸处理的活性炭表面含氧基团在氢气下会还原分解,这时原本负载金属离子的部位分解后将造成负载的Pt迁移与聚集。

通过利用HNO3氧化处理活性炭后其孔结构性质及表面基团发生变化,研究活性炭表面含氧基团对负载组分的影响。结果表明,活性炭较发达的中孔结构可显著提高与Ru的相互作用。活性炭的部分表面含氧基团与Ru作用的关键是含氧基因的稳定性。活性炭经硝酸处理后,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,不利于活性炭与Ru的相互作用。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与活性炭的作用,进而提高催化剂的活性。

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