负载型Pd/UiO-66催化剂的制备及其对水体中六价铬还原行为的研究

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aerbinbayaer
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铬是一种常见的化工用品,随着各种废水的排放而进入环境,铬在环境中主要以六价铬和三价铬的形式存在,其中六价铬作为典型环境污染物,危险性显著高于三价铬;并且六价铬是人类吸入性皮炎、肺癌和鼻咽癌等多种疾病的病因。因此,将其从环境中去除是当前研究的主题。负载型催化剂由载体和活性组分构成。常用的载体存在一些局限性,比表面积较小或是金属-载体的作用力相对较弱,进而导致催化剂中的活性组分粒径较大或是分散度较低。UiO-66具有较高比表面积以及特殊的化学结构,可以使活性组分分散度更高,粒径更小。本论文采用浸渍法和吸附法合成负载型Pd/UiO-66催化剂,通过FT-IR、XRD、XPS、BET、TEM等表征手段对催化剂进行分析。结合表征结果以及催化活性结果对Cr(Ⅵ)催化加氢还原反应进行研究,主要研究结果如下:1、采用浸渍法合成负载型Pd/UiO-66催化剂,并研究甲酸为氢源对Cr(Ⅵ)催化加氢还原反应。FT-IR、XRD结果表明,浸渍法合成的负载型Pd/UiO-66催化剂没有破坏载体本身化学结构。XPS结果表明,负载型Pd/UiO-66催化剂中的Pd主要是金属态Pd,并且随着负载量的增加,金属态Pd的含量也随之增加;可能的原因是催化剂中更多的金属态Pd与载体产生作用,金属-载体的相互作用更强。研究了Pd/Al2O3、Pd/Si O2以及Pd/UiO-66三种催化剂对Cr(Ⅵ)催化加氢还原反应。实验结果表明,Pd/UiO-66催化剂的催化活性明显高于Pd/Al2O3和Pd/Si O2催化剂,主要原因是负载型Pd/UiO-66催化剂具有较高比表面积,能使活性组分分散更均匀,粒径更小。以甲酸为氢源催化还原Cr(Ⅵ),随着甲酸浓度的增加,反应初活性也不断增加,说明甲酸初浓度与反应初活性呈正相关。用Langmuir-Hinshelwood模型来关联甲酸初浓度与反应初活性的关系,结果显示1/r与1/C有较好的线性关系(R2=0.98),说明甲酸初浓度的增加符合吸附控制反应机制。2、通过吸附法合成一系列负载型Pd/UiO-66催化剂,并研究它们以氢气为氢源对Cr(Ⅵ)催化加氢还原反应。XRD、TEM结果表明,采用吸附法合成负载型Pd/UiO-66催化剂时,制备溶液酸性越强,活性组分粒径越小、分散性越好。XPS结果表明,采用吸附法合成的负载型Pd/UiO-66催化剂中的Pd主要是阳离子态Pd,并且随着制备溶液p H值的增加,催化剂中阳离子态Pd的含量逐渐减少;主要的原因是金属-载体的作用力减弱。在Cr(Ⅵ)催化还原过程中,随着污染物初始浓度增加,反应初活性不断下降,表明Cr(Ⅵ)的浓度在催化加氢还原反应中符合吸附抑制性机理。进一步探究了反应溶液p H值对Cr(Ⅵ)催化加氢还原反应的影响。实验结果表明,低p H值更有利于Cr(Ⅵ)催化加氢还原反应;因为在低p H值条件下,反应溶液中含有大量的H+,有利用于Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ);并且在p H≤2时,Cr(Ⅵ)主要以Cr O4-的形式存在,这比其他形式的Cr(Ⅵ)更具活性。
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