【摘要】：整體式催化劑彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的粉末、顆粒催化劑在宏觀結(jié)構(gòu)上的缺陷,在多相連續(xù)反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。其主要由三個部分組成:載體、涂層和活性組分。目前,利用合成聚合物涂覆得到的炭涂層與載體結(jié)合牢固,而且多孔炭材料是一種性能優(yōu)異的催化劑載體。但是,常規(guī)方法制備的炭涂層型整體式催化劑,其金屬活性組分與炭涂層之間并不能建立緊密的聯(lián)系,導(dǎo)致炭涂層型整體式催化劑不能充分發(fā)揮其催化性能�；诖�,一種新的制備方法對炭涂層型整體式催化劑至關(guān)重要。本文以糠醇為炭源,六水硝酸鎳為鎳源,在糠醇聚合前加入六水硝酸鎳,經(jīng)聚合后,一步涂覆得到新型金屬鎳嵌入多孔炭涂覆蜂窩陶瓷整體式催化劑(Ni@C),并制備了不同炭化溫度的催化劑樣品。同時,采用濕度浸漬法制備了金屬鎳負(fù)載多孔炭涂覆蜂窩陶瓷整體式催化劑(NiO/C)。通過XRF、元素分析、TG、拉曼光譜、N_2-物理吸附、FT-IR、TPD、TEM、XPS、XRD、TPR等表征方法對制備的催化劑進(jìn)行分析。研究了炭化溫度對嵌入型整體式催化劑物理-化學(xué)性質(zhì)的影響,并對比了嵌入型和負(fù)載型整體式催化劑的性能差異。最后,以硝基苯加氫反應(yīng)和對氯硝基苯選擇性加氫反應(yīng)評價所制催化劑的性能,反應(yīng)在固定床反應(yīng)器上進(jìn)行,且采用氣-液多相連續(xù)加氫的方式。研究發(fā)現(xiàn):在這種全新的Ni@C結(jié)構(gòu)中,極其均一的鎳顆粒被均勻固定在多孔炭結(jié)構(gòu)中,只有在高溫條件下多孔炭結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌,鎳顆粒才會發(fā)生遷移和團(tuán)聚。在Ni@C結(jié)構(gòu)形成過程中,鎳前軀體首先分解形成NiO,隨后被多孔炭結(jié)構(gòu)中含氧官能團(tuán)分解產(chǎn)生的CO還原成Ni~0金屬,且多孔炭結(jié)構(gòu)可以保護(hù)Ni~0金屬不被空氣氧化。說明鑲嵌結(jié)構(gòu)一方面限制并固定了鎳顆粒的生長和遷移,另一方面形成了還原性的化學(xué)環(huán)境并穩(wěn)定了Ni~0的化學(xué)形態(tài),其最優(yōu)炭化溫度為600°C。但相同炭化溫度下,傳統(tǒng)浸漬法制備的多孔炭負(fù)載鎳[NiO/C(600)]所表現(xiàn)出來的性質(zhì)正好相反,鎳顆粒尺寸分布在很寬的范圍內(nèi),同時鎳顆粒以NiO的形態(tài)存在且還原后不能在空氣中穩(wěn)定存在。因此,在硝基苯催化加氫反應(yīng)中,Ni@C(600)樣品無需預(yù)還原就表現(xiàn)出明顯的活性和穩(wěn)定性優(yōu)勢。進(jìn)一步運(yùn)用到對氯硝基苯選擇性加氫反應(yīng)中,Ni@C(600)樣品表現(xiàn)出高的催化活性和選擇性,而NiO/C(600)樣品的催化活性和選擇性低下。同時,對比負(fù)載型鈀催化劑[1%-Pd/C(600)],發(fā)現(xiàn)其催化活性高,但脫氯也更嚴(yán)重。因此,可以發(fā)現(xiàn)嵌入型結(jié)構(gòu)在該反應(yīng)中不僅起到抑制脫氯的效果,而且進(jìn)一步增強(qiáng)了催化劑的活性。另外,炭涂層表面的含氧官能團(tuán)對其催化性能也有促進(jìn)作用。而NiO/C(600)樣品在使用前進(jìn)行的還原處理會造成含氧官能團(tuán)的減少,并不能有效利用其表面的含氧官能團(tuán)。最后,減半嵌入式催化劑的金屬負(fù)載量[2.5%-Ni@C(600)],發(fā)現(xiàn)其依舊保持優(yōu)越的性能,且催化活性超過NiO/C(600)樣品,這也有力的證明了嵌入型催化劑的催化性能確實(shí)遠(yuǎn)優(yōu)于普通負(fù)載型催化劑。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36
【圖文】：

工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 文獻(xiàn)炭涂覆蜂窩陶瓷整體式催化劑的催化性能。.2 整體式催化劑 整體式催化劑具有許多平行的通道結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的一體性使得它兼具催化反應(yīng)器的特點(diǎn)。在使用整體式催化劑的過程中，參與反應(yīng)的反應(yīng)物可以通過的孔道進(jìn)入催化劑內(nèi)部，并在催化劑的通道壁面相互作用發(fā)生反應(yīng)，然后源斷從出口處流出。2.1 整體式催化劑的制備 圖 1.1[21]展示了整體式催化劑的制備方法，主要分為三種類型：

業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 ，特別是涂層型催化劑的穩(wěn)定性。炭涂層型整體式催化劑 層型整體式催化劑主要由載體、涂層和活性組分三部分組成，如圖般一個整塊的陶瓷或金屬材質(zhì)的載體塊充當(dāng)骨架載體，其內(nèi)部還具尺度上的中空孔道結(jié)構(gòu)。涂層材料粘附于骨架載體的內(nèi)部孔道壁到增大骨架載體比表面積的作用，又稱第二載體。同時有利于活性提高活性組分的分散度。

圖 1.2 涂層型-整體式催化劑的結(jié)構(gòu)以及反應(yīng)過程Fig.1.2 Structure of coated-monolithic catalyst and the reaction process1 涂層型整體式催化劑的組成 .1 載體目前構(gòu)造整體式催化劑載體的原材料主要有：1、陶瓷材料；2、金屬 1.3 所示。

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本文編號：2783506