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改性催化剂pdcnt@oc对铜离子的液相催化加氢性能的研究

2021-08-21 15:44编辑: www.51jrft.com51今日论文网
采用浸渍法将Pd负载到碳纳米管上,制备催化剂Pd/CNT,通过水热法合成碳包覆型催化剂Pd/CNT@C,并用次氯酸钠溶液对碳壳进行氧化,得到功能化催化剂Pd/CNT@OC。采用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和等电点(PZC)对催化剂的结构和性质进行了表征,并对铜离子的催化加氢还原反应性能进行了研究。结果表明,Pd/CNT@OC用于铜离子的催化还原加氢反应,具有良好的催化活性;Pd/CNT@OC对铜离子的的催化加氢还原行为符合Langmuir-Hinshelwood模型,即反应过程由反应物在催化剂表面的吸附所控制;此外,催化剂Pd/CNT@OC经酸再生处理后重复利用4次而无明显失活,具有良好的稳定性。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
1 绪论1
1.1 铜离子危害及其去除方法1
1.1.1 铜离子危害1
1.1.2 铜离子的去除方法2
1.2 液相催化加氢技术2
1.2.1 液相催化加氢技术介绍2
1.2.1.1 载体3
1.2.1.2 活性组分3
1.2.1.3 制备方法3
1.2.2 液相催化加氢反应的影响因素3
1.3 核壳结构催化剂4
1.4 研究内容及意义5
2 材料与方法5
2.1 催化剂的制备5
2.2 催化剂的表征5
2.1 试验方法5
2.1 催化剂的循环利用5
3 结果与讨论 5
3.1 催化剂的表征结果6
3.2 反应条件对Cu(Ⅱ)催化加氢还原的影响7
3.2.1 次氯酸钠氧化的影响7
3.2.2 催化剂加入量的影响8
3.2.3 反应物初始浓度的影响9
3.3 催化剂的循环利用10
4 结论10
致谢10
参考文献11
改性催化剂Pd/CNT@OC对铜离子的液相催化加氢性能的研究
引言
1 绪论
1.1  *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ^351916072
铜离子危害及其去除方法
1.1.1 铜离子危害
铜离子是生命系统中不可或缺的金属离子,对人体与生物反应系统中的电子传递过程起着至关重要的作用[1,2]。尽管它们在土壤、沉积物、水,甚至在生物体内都很自然地存在,但人类的排放使它们的浓度增加到不可接受的水平[3,4],例如在纺织印染和电镀过程中使用了含铜盐溶液、作为玻璃和陶瓷的颜料使用等[5]。铜的过量摄入会对人类和动物的健康造成了有害的影响。过量的铜会影响植物对养分的吸收、运输和积累,导致植物生长迟缓、叶片失绿,甚至死亡[6];若土壤中铜离子含量过高,会使某些细菌的新陈代谢功能降低,抑制其对葡萄糖的吸收和矿化作用[6,7],通过微生物的生物转化还可将铜转化为重金属有机化合物,毒性进一步增加[7];对人体而言,由于土壤积累、水迁移和食物链的放大和累积效应,最终可能导致包括阿尔茨海默氏症、帕金森氏症等一些疾病[810];对水生生物而言,由于铜离子作用使生化耗氧受到抑制导致水体的自我净化能力受到严重影响,特别是当铜离子在水中的浓度超过0.01 mg/L时,使水体生物开始出现死亡现象[7]。目前,世界卫生组织建议,饮用水中铜离子的最大允许限量为2.0 mg/L,美国环境保护署则限制了可允许的浓度为1.3 mg/L[11],而我国已将铜及其化合物列入优先控制污染物“黑名单”。
1.1.2 铜离子的去除方法
铜离子污染是较为常见的环境污染,它的持久性是由于其非生物降解性,以及在生物体中造成各种疾病和疾病的倾向[6]。为防止其在生物圈内积累,避免对健康的负面影响,需要采取一定的去除措施。目前,铜离子处理方法中,化学法在一定程度上存在一定的弊端。例如,通过各种废水处理吸附剂如颗粒离子交换剂、硅胶等选择性去除重金属离子的方法,反应速度一般都很慢[12]。化学沉淀、反渗透、电解等技术存在重金属去除不完全、试剂和能源需求量大、产生有毒污泥等缺点[13,14],可能需要特殊处理、处置设施。萃取技术也可能产生二次污染物,特别是当去除低浓度的金属离子时[15]。生物法因需筛选、繁殖功能菌,过程较为复杂,且所需的处理时间较长[16]。
除了传统的去除方法,也有许多新型铜离子去除技术。Samadi N.等[17]在超声辐照下,将改性树脂与1,2二氨基乙烷反应,用于制备纳米级的三维螯合树脂,用于从水溶液中回收铜离子。实验结果表明,在pH为28的环境中,该螯合树脂对铜离子的吸附效果显著,且将吸附剂用量从0.5 g/L增加到4.0 g/L,铜离子去除量也不断提高。Zheng等[18]将水热法得到的Ni3Si2O5(OH)4纳米颗粒与嫁接法得到的对pH敏感的PMAA结合起来,研制成了一种新型纳米复合吸附剂,用来去除水溶液中的铜离子。表征结果说明,该吸附剂对pH具有明显的依赖性,Cu(II)去除的最优pH值为5。吸附动力学研究发现,在20分钟内,吸附剂上的Cu(II)离子的吸附平衡迅速建立,符合PSO动力学模型,即化学吸附主要发生在反应物表面,且用稀酸以很容易和有效地对吸附剂实现再生,用于循环利用。Santosh W.等[19]以PS为载体,为TiO2纳米颗粒提供强度和支撑,制备出PS/ TiO2复合纳米纤维膜,吸附水中Cu2+离子。该纤维膜无需进一步的修改、煅烧和功能化,研究表明,在无功能化的情况下,复合膜的吸附性能明显高于其他报道的结果。主要是通过TiO2纳米颗粒的吸附特性和浸渍,使PS深度润湿导致的。结果表明,润湿性对提高纤维的性能是很重要的。因此,这些复合膜可能有很大的潜力去去除和回收重金属离子。Xu等[20]从水中提取了铜离子的有效吸附剂ZnS NCs,研究了NCs尺寸、热处理对铜去除的影响,并进行了分离和再生研究。结果表明,吸附剂ZnS NCs能在一分钟内有效去除水中99%的Cu2+,其饱和吸附能力和反应速率比大多数已报道的吸附剂都要好,饱和吸附容量约为650 mg/g。改变ZnS NCs层厚度,发现厚度为3040 nm时去除效率最高。同时,热处理可以通过去除有机配体和增加其表面积来提高其对铜的吸附性能。Niu等[21]以丙烯酸酯(AA)和低脂质壳聚糖(LMCS)为原料,在聚乙二醇对苯二甲酸乙二醇酯(PET)底物上进行了氧基等离子体预处理和嫁接,制备了功能性PET纤维(PETAACS),对水中铜离子进行快速去除。研究结果表明,在pH值为5.0的条件下,PETAACS对铜离子的最大吸附容量为68.97 mg/g。该吸附过程遵循Langmuir等温线和二级动力学模型。Tao等[22]利用螯合树脂5NNi从高浓度镍溶液中选择性去除铜,研究表明,吸附过程符合Langmuir模型,铜的最大吸附容量为2.286 mmol/g,是镍的两倍。在二元体系中,由于活性位点的直接竞争,镍的吸附能力降低了45%。

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