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Cu-磺化酞菁钴负载型活性炭的制备及其对PH3的催化氧化净化
作者:管理员    发布于:2017-12-20 09:05:05    文字:【】【】【

  Cu-磺化酞菁钴负载型活性炭的制备及其对PH3的催化氧化净化师雁,宁平,王学谦,蒋明,桕杨巍(昆明理工大学环境科学与工程学院,云南昆明,650093)件对其催化氧化净化PH3性能的影响,并采用N2物理吸附(N2-BET)、扫描电镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)、X线光电子能谱(XPS)等手段对改性活性炭进行表征。研究结果表明:当Cu2+浓度为0.1mol/L,干燥温度为110°C,焙烧温度为350°C时改性炭对PH3的催化氧化净化效果好;与以往研究的Cu2+改性活性炭相比,Cu-CoSPc负载型活性炭对PH3具有更好的净化脱除性能。

  基金项目:国家高技术研究发展计划(“计划)项目(2004AA649040);国家自然科学基金资助项目(50708044)通信作者:宁平(1958-),男,山西太原人,教授,博士生导师,从事环境污染控制研究;电话:13708409187;密闭电石炉尾气和黄磷尾气中富含CO,高纯度的CO可作为一碳化工原料气体参与合成反应,净化这些工业尾气可减小甚至避免对环境的污染;还可使尾气实现资源化,降低生产成本。但尾气中存在容易使CO羰基合成催化剂中毒的PH3等杂质气体,限制了尾气作为一碳化工原料气体的使用。净化处理电石炉尾气和黄磷尾气中的PH3等气体是获得高纯度CO的关键。目前,国内外对低质量浓度PH3的净化方法普遍采用吸收剂处理的化学吸收法,但存在大部分吸收液不能再生、产品回收困难等缺点。鉴于活性炭具有较大的比表面积、孔体积和各种活性基团,认为其可以单独作为吸附剂或者改性载体净化处理废气中各种污染物。为不同焙烧条件下制备的改性炭样品的孔径分布。由可知:在350C焙烧温度下制备的改性炭在孔半径<20X10-10m的区间内的孔体积比其他样品的孔体积大许多。结合表1所示不同焙烧温度下制备的改性炭的比表面积和孔结构性质可以看出:350C焙烧的改性炭所对应的比表面积、平均孔径和孔体积都大。结合以前为改性前后活性炭样品的扫描电镜(SEM)照片。从可以看出:空白活性炭表面颗粒孔半径/丨m不同样品的孔径分布表1不同样品的比表面积和孔结构性质Table1Specificsurfaceareaandpore样品比表面/平均孔径/孔体积/°C改性C改性(a)空白活性炭;(b)空白活性炭和Cu-CoSPc改性活性炭的SEM照片粒度不一致,分布不均匀;而改性后活性炭的表面较为平滑,颗粒粒度均匀。这是因为活性物种较好地均匀分布在载体上。

  所示为改性前后活性炭样品断面的能量色散谱图(EDS)。从可以看出存在Cu元素,经分析,其质量分数为2.83.这表明通过浸渍法已成功地将活性组分Cu负载到活性炭载体的孔道内部。

  X线光电子能谱(XPS)的表征所示为Cu-CoSPc改性活性炭净化脱除PH3气体达到饱和状态时的XPS谱图。从P2p的XPS谱图((a))可以看出:P2p只在结合能为134.27eV处对应有1个能谱峰。查阅能谱对照表(AppendixB.ChemicalStatesTables),判断反应过程中,P物种是以HPO4-和PO43-等形式吸附于改性炭上而达到净化脱电子能/keV Cu-CoSPc改性活性炭的EDS谱图Cu-CoSPc改性活性炭的XPS谱图除效果,这与宁平等认为的PH3主要以磷氧化物形式吸附在活性炭上的结果一致。研究认为PH3在Cu-CoSPc改性活性炭上发生的是催化氧化的化学反应,从而达到净化效果。

  仅在781.16eV处有1个能谱峰。查阅能谱对照表,判断此时Co物种是以Co2+的形式存在。结合由可以看出:Cu-CoSPc改性炭对PH3的净化性能明显比Cu(AC)2改性炭的净化性能优良;当反应进行到75min时,Cu2+改性炭对PH3的净化效率已经降至78以下,而Cu-CoSPc改性炭对PH3的净化效率在反应进行到285min时仍维持在95c以上。这是因为在反应过程中,CoSPc中钴离子价态的变化使其在氧化反应中起到传递电子的作用,这使得CoSPc对分子氧具有活化作用,活化的分子氧又与氧化反应有关联,所以,对比Cu2+改性炭,Cu-CoSPc改性炭在对PH3有吸附作用的同时还有催化氧化作用,因而提高了反应活性。

  时间/min不同方法制得的改性炭对PH3净化性能的比较3结论(1)以活性炭(AC4)为载体,采用浸渍法制备的Cu-CoSPc负载型活性炭,在Cu2+浓度为0.1mol/L,干燥温度为110°C,焙烧温度为350°C时对PH3的催化氧化净化效果好。

  (2)Cu-CoSPc改性炭净化PH3的反应是以Co2+为主催化中心,CoSPc对分子氧的活化作用使得Cu-CoSPc改性炭在对PH3具有吸附作用的同时还有催化氧化作用,因而提高了反应活性。

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