活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　二氯甲烷是揮發(fā)性有機(jī)化合物，廣泛用于化學(xué)工業(yè)中作為溶劑和反應(yīng)物，以及氣溶膠和粘合劑以及提取工藝等，屬于比較危險(xiǎn)的大氣污染物，因此處理殘留二氯甲烷的安全方法非常重要。本期我們以活性炭負(fù)載鉑納米顆粒制成催化劑，負(fù)載后的活性炭具有零價(jià)態(tài)的高比例金屬，可以對二氯甲烷的加氫脫氯進(jìn)行催化。

　　加氫脫氯是一種用于處理和回收氯化合物的新興技術(shù)。它在中等條件下運(yùn)行，獲得的反應(yīng)產(chǎn)物危害性小得多，可通過焚燒回收或破壞。已經(jīng)有人實(shí)驗(yàn)了使用基于不同貴金屬的催化劑并用作氯甲烷加氫脫氯的載體。測試了鈀，鉑，銠和釕作為活性相，活性炭作為載體進(jìn)行測試。活性炭在加氫脫氯中經(jīng)常被使用。然而，無機(jī)材料可能被加氫脫氯反應(yīng)中形成的HCl侵蝕，導(dǎo)致表面酸度增加，造成不好的影響。活性炭是該反應(yīng)的合適載體，因?yàn)榛钚蕴繉π纬傻腍Cl相對惰性，盡管活性炭的性能取決于不同的變量，例如孔徑分布和表面氧基團(tuán)。本研究的目的是制備含有高比例Pt的鉑納米顆粒的活性炭催化劑，途中改變活性炭表面的性質(zhì)和Pt負(fù)載以分析這些參數(shù)的影響，尤其是活性炭表面酸度，催化劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其加氫脫氯，選擇性和穩(wěn)定性等。

　　活性炭載金屬催化劑的屬性

　　所有活性炭催化劑都顯示出高BET表面積。在二氯甲烷加氫脫氯中使用后沒有觀察到顯著差異，這消除了碳質(zhì)沉積物阻塞多孔結(jié)構(gòu)作為催化劑失活的原因。CO化學(xué)吸附結(jié)果表明，鉑在所有活性炭催化劑中均勻分散，它們之間略有不同。高Pt分散可歸因于活性炭的高表面積及其表面化學(xué)性質(zhì)，這在催化劑制備過程中引起活性相與載體之間的相互作用。TEM圖像(圖1)和金屬粒度分布(圖2)證實(shí)了在鉑在兩種不同活性炭中形成Pt納米顆粒，平均尺寸值分別為1.6和2.0nm。

　　圖1：活性炭的和使用過的活性炭催化劑的TEM圖像。

　　圖2：活性炭和使用過的活性炭催化劑的鉑粒度。

　　活性炭載體的影響

　　使用三種活性炭催化劑在不同劑量和不同反應(yīng)溫度下實(shí)現(xiàn)的二氯甲烷轉(zhuǎn)化率值和全局脫氯在圖3顯示。實(shí)驗(yàn)的誤差，在所有情況下都低于5%。可以看出，所有活性炭催化劑對于流出物具有極高的活性，加氫脫氯高達(dá)80%。在測試范圍(200℃-250℃)內(nèi)觀察到二氯甲烷轉(zhuǎn)化率隨溫度的顯著增加。

　　圖3：二氯甲烷(a)的初始轉(zhuǎn)化率和脫氯以及活性炭載鉑催化劑對甲烷和一氯甲烷(b)的收益率。

　　活性炭催化二氯甲烷的加氫脫氯得到甲烷和一氯甲烷，在所有情況下對甲烷具有高選擇性(>80%)。選擇性模式可與Pt中納米顆粒的形成有關(guān)。鉑顆粒的小尺寸避免碳比甲烷的數(shù)的烴更高的形成，比甲烷更大，這在以前發(fā)現(xiàn)在大金屬顆粒被穩(wěn)定，這可能導(dǎo)致催化劑的強(qiáng)失活。提高反應(yīng)溫度有利于甲烷的形成而損害一氯甲烷。甲烷產(chǎn)率隨反應(yīng)溫度顯著增加，如圖3所示。

　　制備含有鉑納米顆粒的活性炭催化劑，并且證明在測試的操作條件下二氯甲烷的加氫脫氯的效果比較好。活性炭載體的性質(zhì)在催化劑的脫氯和穩(wěn)定性中起重要作用。盡管有兩款活性炭在長時間運(yùn)行中保持其活性，但其中一款活性炭遭遇快速失活。除了它們的小Pt粒徑和高比例的情況之外，在高穩(wěn)定性可能與活性炭的較低表面酸度有關(guān)，因?yàn)榛钚蕴康乃嵝杂欣�于焦炭沉積，導(dǎo)致催化劑失活。將金屬負(fù)載增加會造成分散保持恒定，從而使催化劑的脫氯活性增強(qiáng)。

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