亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        鉍/氮摻雜活性炭的制備及其催化還原對硝基苯酚的性能

        2017-11-28 07:54:36吳繼明蔡可迎
        化工技術(shù)與開發(fā) 2017年11期
        關(guān)鍵詞:催化劑

        周 磊,陶 偉,崔 耀,吳繼明,蔡可迎

        (徐州工程學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,江蘇 徐州 221018)

        鉍/氮摻雜活性炭的制備及其催化還原對硝基苯酚的性能

        周 磊,陶 偉,崔 耀,吳繼明,蔡可迎

        (徐州工程學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,江蘇 徐州 221018)

        分別以氨水、水合肼和尿素為氮摻雜劑,通過水熱和高溫處理對活性炭(AC)進(jìn)行了氮摻雜,得到氮摻雜活性炭(NAC)。以NAC為載體負(fù)載鉍制備了催化劑Bi/NAC。用X射線衍射儀(XRD)和X射線光電子能譜儀(XPS)對催化劑進(jìn)行表征。結(jié)果表明,氮成功摻雜在AC中,以水合肼為摻雜劑制備的NAC含氮最多。以硼氫化鉀還原4-NP為模型反應(yīng),考察了催化劑的活性。以水合肼為氮摻雜劑制備的催化劑活性最高、重復(fù)性最好。

        氮摻雜;活性炭;對硝基苯酚

        活性炭(AC)具有較大的表面積和豐富的孔道結(jié)構(gòu),是一種很好的吸附材料和催化劑載體,在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室中有廣泛的應(yīng)用。但是活性炭的親水性較差,阻礙了其在水處理中的應(yīng)用。AC摻雜氮后親水性能會好轉(zhuǎn),含氮官能團(tuán)容易與金屬配位,有利于金屬顆粒在碳材料中均勻分布[1]。AC價廉易得,以其為基體制備的氮摻雜活性炭(NAC)既具有表面積大、孔道豐富的優(yōu)點(diǎn),又可以克服親水性差、負(fù)載金屬能力弱的缺點(diǎn)。制備氮摻雜碳材料的方法有兩種:原位摻雜法和后處理法。原位摻雜法是在碳材料制備過程中引入氮源或使用含氮的碳源,在碳化過程中氮摻入碳材料中。原位摻雜法可用2種原料分別作為碳源和氮源制備氮摻雜碳材料,如葡萄糖和乙二胺[2]、檸檬酸和六亞甲基四胺[3]、氧化石墨烯和水合肼[4]、蔗糖和尿素[5]等;也可用一種含氮的原料既作為氮源又作為碳源制備氮摻雜碳材料,常用的原料有明膠[6]、離子液體[7]、三聚氰胺、氨基葡萄糖、乙二胺四乙酸和殼聚糖[8]等。后處理法可以用含氮物質(zhì)如三聚氰胺與碳材料混合均勻后,進(jìn)行高溫處理,使氮成功摻雜;或者在高溫下,向碳材料通入含氮的氣體如氨氣進(jìn)行氮摻雜;也可以先將含氮物質(zhì)和碳材料進(jìn)行水熱處理,然后再高溫處理。水熱處理法較簡單,氮分布較均勻。因此,我們以價廉易得的氨水、尿素和水合肼為摻氮試劑,采用水熱法對AC進(jìn)行摻氮,制備了NAC。以NAC為載體、鉍為活性組分,制備了Bi/NAC催化劑。以硼氫化鉀還原對硝基苯酚(4-NP)為模型反應(yīng),考察了Bi/NAC催化劑的性能。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 主要試劑與儀器

        活性炭(AR);KBH4(AR);Bi(NO3)3·5H2O(AR);4-NP;其余試劑均為國產(chǎn)分析純。實(shí)驗(yàn)用水為自制蒸餾水。

        85-2型數(shù)顯恒溫磁力攪拌器,UV-5500PC型紫外-可見分光光度計(UV-Vis),Ultima IV型X射線衍射儀(XRD),Escalab 250Xi型光電子能譜儀(XPS)。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        1.2.1 催化劑的制備和表征

        稱取3g AC,加10%氨水35mL,超聲分散均勻后轉(zhuǎn)移到水熱釜中,在鼓風(fēng)干燥箱中180℃水熱6 h。待水熱釜自然冷卻至室溫,打開水熱釜,離心分離,用去離子水充分洗滌得到的AC至中性,100℃干燥2 h。將干燥后的AC置于管式爐中,以5℃·min-1的速率升溫至600℃,保溫2 h,自然冷卻至室溫,洗滌、干燥,得到NAC,記作NAC-A。用尿素和水合肼分別取代氨水,用相同的方法制備的NAC記作NAC-U和NAC-H。

        稱取0.117 g五水硝酸鉍加入50 mL燒杯中,用少量稀硝酸溶解,再稀釋至10 mL。稱取1g NAC-A加入上述溶液中,超聲處理20min,使物料混合均勻。然后,向混合溶液中滴加10mL 0.5 mol·L-1的硼氫化鉀溶液,滴加完畢攪拌1 h,抽濾。將得到的固體用蒸餾水洗滌至中性,在80℃干燥4 h,得到鉍負(fù)載量為5%的催化劑,記作Bi/NAC-A。用同樣的方法,以NAC-U和NAC-H為載體制備的催化劑分別記作Bi/NAC-U和Bi/NAC-H。

        用XRD測定催化劑的物相,銅靶Ka射線(λ=0.15418 nm),工作電壓為40 kV,工作電流為40 mA。催化劑樣品表面元素的含量采用XPS測試。

        1.2.2 催化劑性能測試

        量取2 mol·L-1的4-NP溶液100mL放入250mL的燒杯中,開動磁力攪拌,水浴鍋控溫25℃。加入8 mmol(0.45 g)硼氫化鉀,全溶后取樣。然后加入0.03 g催化劑,開始計時,間隔取樣。用UVVis測樣品的吸光度。由于在堿性條件下4-NP的吸光度和其濃度成正比,因此可根據(jù)吸光度的變化確定反應(yīng)進(jìn)程[9]。反應(yīng)完成后,離心分離回收催化劑,用去離子水洗滌催化劑3遍后重復(fù)使用。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 催化劑的表征

        催化劑的XRD譜圖見圖1。由圖1可知,所有催化劑的譜線在2 θ值為20o~30o之間有一個寬的衍射峰,表明此材料為多孔無定形材料[10]。Bi/NAC-H、Bi/NAC-A 和 Bi/NAC-U 的譜 線 在 2θ=27.0o、37.8o、39.5o、45.7o、48.5o和 55.8o處出現(xiàn)的衍射峰,分別為鉍的(012)、(104)、(110)、(113)、(202)和(024)晶面衍射,與標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDF No. 44-1246)中的鉍晶體峰位一致[11]。說明在催化劑中鉍有一定的聚集,形成了晶粒。

        圖2是3種催化劑的XPS譜。從圖2中可以看出,催化劑中含有C、O、N、Bi四種元素,表明氮元素已經(jīng)成功摻雜進(jìn)碳材料,鉍也被成功負(fù)載。由圖2可計算出Bi/NAC-H、Bi/NAC-A和Bi/NAC-U催化劑中N的含量分別為4.81 at%、4.23 at%和3.91at%。說明以水合肼為氮源的摻雜效果最好,其次是氨水,尿素的摻雜效果最差。

        圖1 催化劑的XRD譜Fig. 1 X-ray diffraction patterns of the catalysts

        圖2 催化劑的XPS譜Fig. 2 XPS spectra of the catalysts

        2.2 催化劑的性能

        考察了3種催化劑對硼氫化鉀還原4-NP的活性和重復(fù)性能。由于在反應(yīng)過程中硼氫化鉀大大過量,所以此還原反應(yīng)可看作擬一級反應(yīng)。又因?yàn)槲锪衔舛華和4-NP的濃度C成正比,所以吸光度A和時間t的關(guān)系符合式(1)。催化劑活性的高低可根據(jù)反應(yīng)速率常數(shù)k判斷,k越大,催化劑活性越高。

        圖3為3種催化劑的反應(yīng)結(jié)果。由圖3中各擬合直線的斜率計算反應(yīng)速率常數(shù)k分別為0.234min-1(Bi/NAC-H)、0.211min-1(Bi/NAC-A)和0.152min-1(Bi/NAC-U)。說明Bi/NAC-H的活性最高,Bi/NAC-A次之,Bi/NAC-U的活性最差。這一結(jié)果與3種催化劑中的氮含量密切相關(guān),即氮含量越多,催化劑的活性越高。

        圖4為3種催化劑的重復(fù)性。由圖4可知,Bi/NAC-H的重復(fù)性最好,Bi/NAC-A次之,Bi/NAC-U最差。這是由于氮在AC中摻雜后,改變了其電荷分布,使其對金屬的負(fù)載能力增強(qiáng)。摻氮越多,對金屬的固載越牢固。由2.1可知,催化劑中氮含量順序?yàn)椋築i/NAC-H>Bi/NAC-A>Bi/NAC-U,所以催化劑對金屬的負(fù)載能力具有相同的順序。

        圖3 催化劑的活性Fig. 3 Catalytic activity of the catalysts

        圖4 催化劑的重復(fù)性Fig. 4 Reusability of the catalyst

        3 結(jié)論

        分別以氨水、水合肼和尿素為氮摻雜劑,通過水熱和高溫處理對AC進(jìn)行了氮摻雜,得到NAC,以NAC為載體負(fù)載鉍制備了催化劑。表征結(jié)果表明,氮成功摻雜在AC中,以水合肼為摻雜劑制備的NAC含氮最多。以硼氫化鉀還原4-NP為模型反應(yīng),考察了催化劑的活性。以水合肼為氮摻雜劑制備的催化劑活性最高、重復(fù)性最好。

        [1] 劉超. 氮摻雜多孔碳材料的合成及其應(yīng)用研究[D].天津:天津大學(xué),2013.

        [2] 劉振宇. 新型多孔碳材料的合成與其應(yīng)用研究[D]. 北京:北京化工大學(xué),2013.

        [3] 袁曉玲. 氮摻雜多孔炭材料的制備、表征及性能研究[D].長春:吉林大學(xué),2012.

        [4] Yang W L, Gao H, Zhao Y, et al. Facile preparation of nitrogen-doped grapheme sponge as a highly efficient oil absorption material[J]. Materials Letters, 2016, 178: 95-99.

        [5] Yang Y, Lan G J, Wang X L, et al. Direct synthesis of nitrogen-doped mesoporous carbons for acetylene hydrochlorination[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37:1242-1248

        [6] Hu Pan, Meng Donghui, Ren Guohua, Yan Rongxin, Peng Xinsheng. Nitrogen-dopedmesoporous carbon thin film for binder-free supercapacitor[J]. Applied Materils Today,2016(5): 1-8

        [7] 徐旋. 氮摻雜負(fù)載的納米鈀催化劑在催化加氫反應(yīng)中的應(yīng)用研究[D]. 杭州:浙江大學(xué),2014.

        [8] Wang Z Q, Sun L X, Xu F, et al. Nitrogen-doped porous carbons with high performance for hydrogen storage[J].International Journal of Hydrogen Energy, 2016, 41: 8489-8497.

        [9] Du X Y, He J, Zhu J, et al. Ag-deposited silica-coated Fe3O4magnetic nanoparticles catalyzed reduction of p-nitrophenol[J]. Applied Surface Science, 2012, 258: 2717-2723.

        [10] Zhou H Y, Shi L, Sun Q. Reduction of nitrobenzene with hydrazine hydrate catalyzed by acid-treated activated carbon[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2012, 33: 1463-1469.

        [11] 馬德崇. 半金屬鉍微納米材料的形貌可控合成及催化性能研究[D]. 長沙:湖南大學(xué),2012.

        Preparation of Bismuth/Nitrogen-Doped Activated Carbon and its Catalytic Performance for p-Nitrophenol Reduction

        ZHOU Li, TAO Wei, CUI Yao, WU Jiming, CAI Keying
        (School of Chemistry and Chemical Engineering, Xuzhou University of Technology, Xuzhou 221018, China)

        Nitrogen was doped in activated carbon (AC) with ammonia, hydrazine hydrate and urea as nitrogen dopant, by hydrothermal technology and high-temperature treatment. The catalysts were prepared using the as-prepared nitrogen-doped AC (NAC)as carriers. The catalysts were characterized by X-ray diffractometer (XRD) and X- ray photoelectron spectroscopy (XPS), the results indicated that nitrogen was successfully doped in AC. The doping nitrogen quantity was greatest while using hydrazine hydrate as dopant. The activity of the catalyst was investigated by the reduction of p-nitrophenol (4-NP) with potassium borohydride as a model reaction. The catalyst prepared with hydrazine hydrate as nitrogen dopant had the highest activity and the best repeatability.

        nitrogen doped; activated carbon; p-nitrophenol

        TB 332

        A

        1671-9905(2017)11-0005-03

        徐州工程學(xué)院2017年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基金項(xiàng)目

        蔡可迎(1970-),男,江蘇沛縣人,副教授,博士,研究方向?yàn)榈獡诫s碳材料的制備及催化。E-mail: caikeying@163.com

        2017-08-07

        猜你喜歡
        催化劑
        走近諾貝爾獎 第三種催化劑
        大自然探索(2023年7期)2023-11-14 13:08:06
        直接轉(zhuǎn)化CO2和H2為甲醇的新催化劑
        鋁鎳加氫催化劑在BDO裝置運(yùn)行周期的探討
        如何在開停產(chǎn)期間保護(hù)克勞斯催化劑
        智富時代(2018年3期)2018-06-11 16:10:44
        新型釩基催化劑催化降解氣相二噁英
        掌握情欲催化劑
        Coco薇(2016年2期)2016-03-22 02:45:06
        碳包覆鐵納米催化劑的制備及其表征
        V2O5-WO3/TiO2脫硝催化劑回收研究進(jìn)展
        負(fù)載型催化劑(CuO/TUD-1,CuO/MCM-41)的制備及其在一步法氧化苯合成苯酚中的應(yīng)用
        復(fù)合固體超強(qiáng)酸/Fe2O3/AI2O3/ZnO/ZrO2催化劑的制備及其催化性能
        视频国产精品| 日韩欧美人妻一区二区三区| 看国产黄大片在线观看| 国产资源在线视频| 国产91成人自拍视频| 亚洲av成人精品一区二区三区| 亚洲爆乳精品无码一区二区| 亚洲欧美日韩专区一| 久久精品国产亚洲av调教| 国产精品国产三级国产密月| 精品乱码久久久久久久| 无码一区二区三区AV免费换脸| 亚洲综合网中文字幕在线| 久久精品国产av一级二级三级 | 四虎影视在线影院在线观看| 亚洲国产另类久久久精品小说| 高清国产精品一区二区| 亚洲狠狠婷婷综合久久久久| 亚洲乱码av中文一区二区| 日韩无码电影| 国产一区二区三区免费av| 一区二区三区视频| 99精品视频69V精品视频| 无码国产午夜福利片在线观看| 国产精品18久久久久网站| 亚洲天堂av在线免费播放| 久久亚洲精品国产亚洲老地址| 99久久久无码国产精品试看| 国产高清在线91福利| 久久精品国产9久久综合| 少女韩国电视剧在线观看完整 | 国产成人精品三上悠亚久久| 日本精品中文字幕人妻| 无码一区二区三区免费视频| 波多野结衣亚洲一区二区三区| 国产女主播视频一区二区三区| 亚洲性无码av中文字幕| 色婷婷久久一区二区三区麻豆| 娇妻粗大高潮白浆| 中文字幕午夜精品久久久| 中国丰满熟妇xxxx性|