活性炭纖維負載Ni-P化合物的制備及催化性能研究.pdf

1、近年來，微波技術已成功地應用于廢氣、廢水、固體廢棄物的處理及環(huán)境監(jiān)測等方面，享有“綠色化學反應技術”的美譽，受到廣大研究學者的青睞。與傳統(tǒng)的加熱技術相比，微波加熱具有選擇性加熱、快速高效、設備體積小且無廢物生成、節(jié)能、清潔、便于控制等優(yōu)點。微波，既存在著熱效應，又存在非熱效應。熱效應使介質的溫度因此而增高，從而可以高溫氧化降解有機污染物;非熱效應能使分子激烈振蕩，化學鍵斷裂，改變反應歷程、降低反應活化能、加快反應速度、提高平衡轉化率、減

2、少副產(chǎn)物、改變立體選擇性等效應從而使有機污染物得到降解。
　　 磷化鎳，特別是Ni/P＞1的磷化鎳由于一系列的相(例如Ni2P，Ni3P，Ni5P2，Ni8P3和Ni12P5))和廣闊的工業(yè)應用特別是在催化領域引起了廣泛的研究興趣。其中納米級的金屬元素Ni是一種很好的磁性材料，具有很強的吸微波特性。由于鎳的電子缺陷，磷化鎳具有比金屬鎳更好的性能，近年來磷化鎳的光催化性能得到研究。活性炭作為微波誘導化學反應的催化劑得到廣泛研究。活

3、性炭纖維是一種新型的含有無序納米石墨的多微孔活性炭，是一種比較現(xiàn)代和高度微孔性的碳材料，它有許多比傳統(tǒng)的粉末或顆粒形式重要的優(yōu)勢。活性炭纖維作為載體與催化劑結合顯示出更好的催化性能和再生能力。
　　 本課題選擇蠶繭為原料，通過CO2活化法和KOH活化法制備桑蠶絲活性炭纖維。由XRD分析可知，CO2活化保留了SCF的亂層石墨結構，KOH活化破壞了亂層石墨結構。由紅外光譜分析可知，CO2活化和KOH活化后含氧官能團增多。SEM顯示C

4、O2活化制備的桑蠶絲活性炭纖維(CSACF)和KOH活化制備的桑蠶絲活性炭纖維(KSACF)都為多孔纖維狀結構，EDS能譜分析表明CSACF更適合Ni-P/ACF的制備。N2吸附-脫附曲線和孔徑分布曲線表明CSACF是一種介孔材料，KSACF是一種微孔材料，CSACF-3和KSACF-3的SBET分別高達1379.82 m2/g和2797.30 m2/g，KOH活化法制備了高比表面積的活性炭纖維。吸附動力學和吸附等溫研究表明與其他動力學

5、模型相比，Pseudo-second-order模型是最適合兩種活性炭纖維的動力學模型，CSACF-3和KSACF-3對亞甲基藍最大平衡吸附量分別為515.46 mg/g和512.82 mg/g; Langmuir等溫模型是最適合兩種活性炭纖維的等溫模型，CSACF-3和KSACF-3對亞甲基藍最大單層吸附量分別為757.58 mg/g和1090.21 mg/g，ACF對MB的吸附是有利吸附且為物理吸附。提高溶液pH值能提高活性炭纖維對

6、MB的吸附量。
　　 以CSACF-3為載體，通過浸漬和煅燒工藝法制備Ni-P/ACF催化劑。XRD分析表明，500℃時物相僅為NiO，高于600℃時Ni-P體系產(chǎn)生;負載量的多少不影響物相組成。SEM分析表明，Ni-P/ACF催化劑保留了桑蠶絲活性炭纖維纖維狀的形貌，在催化劑制備過程中存在著造孔過程，負載量的多少影響催化劑的表面形貌。Ni-P/ACF的N2吸附-脫附等溫線表明，制備的催化劑微孔豐富且具有較高SBET;隨著負載量

7、的增加，Ni-P/ACF的SBET下降，負載量為40％的催化劑的SBET仍高達450 m2/g。催化動力學研究表明光催化和微波誘導催化過程符合一階反應動力學。同時研究了一系列因素對Ni-P/ACFs催化劑光催化性能和微波誘導催化性能的影響。光催化測試表明:制備的Ni-P/ACFs催化劑具有較好的光催化性能，在360 min內(nèi)，在可見光和紫外光下對酸性品紅的降解率分別高達82.6％和100％;隨著負載量的增加，降解率和反應速率增大;與Ni

8、O相比，Ni-P體系具有更好的光催化性能;溶液的濃度是影響反應速率的重要因素，當濃度不高于20 mg/L時，反應速率隨著濃度呈線性下降;降解率和反應速率隨著Ni-P/ACF用量的增大而增大，在本文中較合適催化劑用量為30 mg;催化劑可以多次重復使用，第5次使用時對酸性品紅的降解率仍高達91.7％。微波誘導催化表明:在26min的微波輻射下，600℃下制備的Ni-P/ACFs對酸性品紅的降解率在95％以上;當負載量較小時活性炭纖維的吸附

9、性能是微波誘導催化的控制步驟，當負載量較大時催化劑的催化性能起著主導作用;與NiO相比，金屬Ni具有更強的吸微波特性;降解率隨著微波功率和催化劑用量的增大而增大，反應速率隨著微波功率和催化劑用量呈線性增大;降解率和反應速率隨著濃度的增大而減小;重復使用時，使用前微波預處理有利于催化劑催化性能再生;光催化過程不影響催化劑的形貌和物相，微波導致NiO相的產(chǎn)生和金屬Ni晶粒生長。最后，借助催化反應過程中溶液的pH和電導率的變化和紅外光譜對催化