活性炭-石墨烯鈀納米催化劑催化傳質(zhì)的模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、活性炭具有發(fā)達(dá)的微觀孔道，它的比表面積可達(dá)到1000m2/g，作為催化劑載體可以有效分散活性顆粒。但正是由于活性炭的微觀孔道，導(dǎo)致反應(yīng)物在接觸催化活性位點(diǎn)時(shí)，擴(kuò)散阻力較大，對(duì)催化活性起消極作用。自2004年石墨烯的成功制備，其在催化領(lǐng)域的應(yīng)用就受到大家重視。這是因?yàn)槭┖突钚蕴恳粯佣季哂性诟邷?、?qiáng)酸強(qiáng)堿條件下的穩(wěn)定性，同時(shí)石墨烯的比表面積高達(dá)2630m2/g且為單片層結(jié)構(gòu)。這些特點(diǎn)導(dǎo)致石墨烯作為催化劑載體在催化反應(yīng)的過(guò)程中可以更好的分

2、散活性位點(diǎn)且反應(yīng)過(guò)程不存在內(nèi)擴(kuò)散影響。本文研究了本征反應(yīng)速率、擴(kuò)散速率、催化劑尺寸對(duì)活性炭/石墨烯基催化劑催化過(guò)程的影響，并用硼氫化鈉還原對(duì)硝基苯酚反應(yīng)證明石墨烯基催化劑催化活性優(yōu)于活性炭基催化劑。
　　本文利用COMSOL Multiphysics軟件對(duì)催化反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行模擬。對(duì)于活性炭基催化劑，通過(guò)改變本征反應(yīng)速率、擴(kuò)散速率、催化劑尺寸三個(gè)因素研究其在催化過(guò)程中沿半徑方向反應(yīng)物濃度變化。對(duì)于快速反應(yīng)，減小反應(yīng)物擴(kuò)散速率或增大催化

3、劑尺寸均不利于活性炭顆粒內(nèi)部活性位點(diǎn)的利用。對(duì)于石墨烯基催化劑，通過(guò)改變本征反應(yīng)速率因素研究在催化傳質(zhì)過(guò)程中石墨烯表面反應(yīng)物濃度的變化。對(duì)于快速反應(yīng)，石墨烯表面幾乎沒(méi)有反應(yīng)物積累，而對(duì)于慢速反應(yīng)，石墨烯表面反應(yīng)物濃度與環(huán)境流體相同。同時(shí)，本文對(duì)活性炭/石墨烯基催化劑催化硼氫化鈉還原對(duì)硝基苯酚進(jìn)行模擬，得到石墨烯基催化劑催化效率優(yōu)于活性炭基催化劑。
　　本文采用在活性炭/石墨烯載體上負(fù)載鈀納米顆粒催化劑催化硼氫化鈉還原對(duì)硝基苯酚實(shí)驗(yàn)