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(shù)已成功地應(yīng)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(xué)反應(yīng)技術(shù)”的美譽，受到廣大研究學(xué)者的青睞。與傳統(tǒng)的加熱技術(shù)相比，微波加熱具有選擇性加熱、快速高效、設(shè)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(yīng)，又存在非熱效應(yīng)。熱效應(yīng)使介質(zhì)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(yīng)能使分子激烈振蕩，化學(xué)鍵斷裂，改變反應(yīng)歷程、降低反應(yīng)活化能、加快反應(yīng)速度、提高平衡轉(zhuǎn)化率、減

2、少副產(chǎn)物、改變立體選擇性等效應(yīng)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(yīng)用特別是在催化領(lǐng)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(dǎo)化學(xué)反應(yīng)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?；钚蕴坷w維作為載體與催化劑結(jié)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(jié)構(gòu)，KOH活化破壞了亂層石墨結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)，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(xué)和吸附等溫研究表明與其他動力學(xué)

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(xué)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(xué)研究表明光催化和微波誘導(dǎo)催化過程符合一階反應(yīng)動力學(xué)。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(dǎo)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(yīng)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(yīng)速率的重要因素，當(dāng)濃度不高于20 mg/L時，反應(yīng)速率隨著濃度呈線性下降;降解率和反應(yīng)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(fù)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(dǎo)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(dāng)負載量較小時活性炭纖維的吸附

9、性能是微波誘導(dǎo)催化的控制步驟，當(dāng)負載量較大時催化劑的催化性能起著主導(dǎo)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(yīng)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(yīng)速率隨著濃度的增大而減小;重復(fù)使用時，使用前微波預(yù)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(dǎo)致NiO相的產(chǎn)生和金屬Ni晶粒生長。最后，借助催化反應(yīng)過程中溶液的pH和電導(dǎo)率的變化和紅外光譜對催化