负载型氧化铜基纳米催化剂的制备及其催化性能的研究

来源 :东北师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:nvli2010
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近年来,由环境中的有害化学药品通过物质循环作用进入人体而产生的致突变、致癌、致畸的“三致作用”已经愈发的引起人们的重视。对硝基苯酚(4-NP)是一种具有“三致作用”的难降解有害化学物质,但现代工农业中无法避免越来越多的使用它作为中间体物质,这给环境带来了难以承受的压力。因此,寻求高效、绿色的处理4-NP的方法至关重要。人们发现以金属纳米粒子为催化剂,采用催化加氢的方法可以使4-NP转化为合成止痛药和退烧药的重要原料——对氨基苯酚(4-AP)。传统的用于4-NP催化加氢的纳米催化剂通常采用的是价格昂贵、储量稀少的贵金属(如:金、银、铂、钯等)材料。这些贵金属纳米催化剂虽然具有良好的催化性能,但其大规模使用仍受制于成本和原料储备。因此,寻找合适的非贵金属催化剂替代贵金属是迫在眉睫的问题。此外,金属纳米粒子由于其粒径较小易发生团聚而造成活性降低,且存在着难以回收的问题,所以常常需要将其负载在载体上以抑制团聚的发生并且提高回收利用率。我们利用简单的沉积-沉淀法和煅烧法,采用三种不同的载体,合成了用于4-NP催化加氢反应的负载型氧化铜基纳米催化剂。并利用多种表征手段对催化剂的结构、形貌等进行了分析,并对所制备催化剂的催化性能展开了研究。具体研究内容如下:(1)通过以天然纤维素为模板的溶胶-凝胶技术合成了具有大比表面积的二氧化钛纳米海绵(TiO2-NSP)载体。TiO2-NSP表面的羟基有利于固定铜离子,采用沉积-沉淀法和煅烧法成功的将CuO负载在其表面上,制备了CuO/TiO2-NSP复合纳米催化剂(CT-x)。对其组成、结构、微观形貌的表征和催化性能的评估结果表明:CT-x物相纯净、CuO纳米粒子在TiO2-NSP载体上分散性良好,CT-12具有最佳的催化4-NP加氢反应的性能且能催化甲基橙(MO)加氢反应。(2)通过高温聚合法和热剥离-氧化刻蚀法以三聚氰胺为原料制备了多孔石墨相氮化碳纳米片(CNHS)载体。CNHS中的氮原子与铜离子的配位作用使CuO/CNHS复合纳米催化剂(CC-x)中的CuO与CNHS紧密接触。对CC-x的表征和催化性能评估结果表明:CC-x不含杂质,形貌均一,CC-12催化4-NP加氢反应的速率最快,循环稳定性良好且能催化MO加氢反应。(3)经简单溶剂热法制备了具有较大比表面积和多孔结构的三维花状硅酸镁(MSNF)载体。利用MSNF较强的吸附能力及其表面硅羟基在沉积-沉淀过程中对Cu离子的固定作用,成功制备了固载稳定、分散性良好的CuO/MSNF复合纳米催化剂(CM-x)。经测试,只使用少量的CM-12即可催化4-NP加氢反应迅速进行,且CM-12能够催化MO加氢反应快速进行。
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