纳米催化剂的制备与应用

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1、纳米催化剂的制备与应用韩德福（河北工程大学理学院应用化学0801班080370104）摘要：纳米粒子是指颗粒尺寸为纳米量级（1-100nm）的超细粒子。纳米催化剂具有大比表面积、高表面能、高度的光学非线性、特异催化性和光催化性等特性［１］，在一些反应中表现出优良的催化性能。因此在催化剂的制备科学中，纳米催化剂的制备和应用已经得到人们的广泛关注。关键词：纳米催化剂的制备性能在化工中的应用发展纳米是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个范围空间，物质的性

2、能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。一、MnOx/ZrO2纳米催化剂的制备原

3、料：氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O),分析纯；硝酸锰(Mn(NO3)2),分析纯；硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O),分析纯。制备方法：采用双股并流方式加入。称取一定量的ZrOCl2·8H2O,溶于去离子水中配成溶液,按不同的n(Mn)/n(Zr)比加入硝酸锰溶液(Mn(NO3)2),再加入一定量的硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O),并缓慢滴入1mol/L的氨水,溶液的pH度计控制(溶液的pH控制在9.0～10.0)；母液在室温下(25℃)静置老化24个小时后,用真空泵抽滤、用蒸馏水洗至无Cl-为止(AgNO3检测)；将所得凝胶用20

4、0ml蒸馏水稀释。在60℃的恒温水浴锅中进行胶溶,得试样的前驱体溶胶。不同n(Mn)/n(Zr)比例(2/4,4/4,6/4和8/4)的试样分别记为Z1、Z2、Z3和Z4,其中Z3样按n(Ce):n(Mn)=0.6加入了硝酸铈。将制得的前驱体溶胶移入直径为70cm的不锈钢托盘,尽量使溶液均匀地铺满整个托盘,然后将不锈钢托盘放置在不锈钢支架上后,放入真空冷冻干燥机的冷阱中,进行冷冻,当温度达到-50℃并保持该温度6个小时预冻期后,盖上真空罩,按一定的升温制度(-50℃～-30℃,2℃/h;-30℃～15℃,1℃/h)升温,并同时开启真空泵,待

5、托盘中的冰完全升华完毕(从试样外观可判别),关闭真空泵并打开真空罩即得干凝胶。二、纳米催化剂试样的表征及活性评价催化剂的活性评价在流动微反应器中进行。反应器为不锈钢管,称取纳米催化剂0.6±0.02g,置于不锈钢管微反应器中,微反应器两端用1～2mm的刚玉填充。反应气中,(CO)=0.50%,(NO)=0.52%,He为平衡气。混合气总流速为60ml/min,用质量流量计控制各路气体流量。反应空速5000/h。反应前,产物由GC7890Ⅱ气相色谱检测,条件为:热导检测器,并用分子筛填充柱分离N2、NO和CO。Porapak-Q填充柱分离CO

6、2和N2O,色箱温度35℃,载气H2流速45mL/min。催化剂活性评价按下面公式[2]NO(转化率)=三纳米催化剂在化工中的应用1化学反应和催化方面应用 化学工业及其相关工业，特别是一些化学反应起着关键性作用的产业盛行用纳米技术来改进催化剂性能。纳米多孔材料中的沸石在原油炼制中的应用已有很长历史，纳米多孔结构新型催化剂的发展，为许多化学合成工艺的创新提供了机会，或者使化学反应能在较温和条件下进行，大幅度地降低工艺成本。例如用此类催化剂可以将甲烷有效地转化为液体燃料，作为柴油代用品，而现用的方法比较昂贵。  纳米粒子催化剂的优异性能取决于它

7、的容积比表面率很高，同时，负载催化剂的基质对催化效率也有很大的影响，如果也由具有纳米结构材料组成，就可以进一步提高催化剂的效率。如将Si02纳米粒子作催化剂的基质，可以提高催化剂性能10倍[3]。在某些情况下，用Si02纳米粒子作催化剂载体会因SiO2材料本身的脆性而受影响。为了解决此问题，可以将SiO2纳米粒子通过聚合而形成交联，将交联的纳米粒子用作催化剂载体。2过滤和分离方面应用   在过滤工业中，纳米过滤(简称纳滤，nanofiltration)广泛应用于水和空气纯化以及其它工业过程中，包括药物和酶的提纯，油水分离和废料清除等。还可以

8、从氮分子中去掉氧(氧与氮分子大小差别仅0.02nm)。应用此方法生产纯氧可不需要采用深冷工艺，因而可以降低成本。法国于2000年在Generale des EaMx建成世界上第一