浅谈化学改性对碳纳米管催化剂的影响.pdf

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1、医药化工145浅谈化学改性对碳纳米管催化剂的影响魏永霞(扬州大学测试中心225009)摘要：碳纳米管是在1991年由日本电镜学家Iiji-ma发现，它是具有一维管状结构的中空管，由单层或多层石墨片层卷曲而成，直径为纳米级，长度约为几十纳米到数毫米。本文采用不同方法对MWNTs进行改性处理，以苯酚配水为目标有机物，开展催化湿式氧化降解苯酚活性的研究，探讨各种改性方法对催化剂结构和活性的影响。关键词:碳纳米管湿式氧化改性苯酚碳纳米管是在1991年由日本电镜学家Iiji-ma发现，它是定。TOC-500

2、0适用于较低浓度的水样(TOC浓度≤200mg/L)，具有一维管状结构的中空管，由单层或多层石墨片层卷曲而成，高浓度水样需稀释到该范围内，并且测定前需要过滤。直径为纳米级，长度约为几十纳米到数毫米。碳纳米管因具有比2结果与讨论表面积大、独特管腔、热稳定性高、吸附特性以及特有的电学特在155℃、总压2．5MPa，苯酚初始浓度为1000mg/L，没有性等性质，已作为新型催化材料引起了人们的极大兴趣，取得了催化剂加入的情况下，反应120min后苯酚去除率仅为13%，说广泛的应用。本研究组采用混酸(HNO

3、3-H2SO4)改性的MWNTs明WAO降解苯酚效果不明显。在反应中加入MWNTs催化剂，为催化剂进行了湿式氧化降解苯酚和苯胺的研究，MWNTs表现苯酚的去除效果明显增加。出了高的活性和稳定性。但是对于不同化学改性方法对于高温空气改性的MWNTs-A作为催化剂在降解苯酚过程MWNTs结构和催化湿式氧化降解有机物的影响尚未发现详细中，反应120min后，苯酚和TOC去除率分别为63%和51%。的报道。经液相O3改性的MWNTs-O在催化湿式氧化过程中表现出了1实验部分最好的活性，反应120min后，

4、苯酚和TOC去除率分别为100%1．1MWNTs纯化和改性和72%。此结果表明:MWNTs-O具有良好的催化性能。在反应称取3份一定量的MWNTs，分别加入37%HCl，超声30过程中对有机物有良好的矿化效果，但是均没有完全矿化，反应min，之后静置12h左右。然后用去离子水洗涤至中性，放入过程中有中间产物生成，如小分子酸等。CWAO有机物的反应是80℃烘箱中干燥12h，研磨、备用。经纯化的MWNTs分成3份，自由基反应，催化剂的加入能够促进自由基的产生，如:O－2·、分别采用以下3种改性方法进行

5、处理:(1)在室温将纯化后的碳HO2·等，从而加快有机物的氧化。对催化剂表征可以看到，经改管加入到臭氧饱和水溶液中(液相臭氧浓度约为24mg/L)，搅拌性处理后的MWNTs，在其表面引入了含氧官能团，如:—COOH2h，抽滤、干燥(80℃/12h)，研磨，标记为MWNTs-O;(2)在空气等。对比高温空气、液相臭氧和混酸3种改性方法的MWNTs表中500℃下烘烤2h，标记为MWNTs-A;(3)加入混酸(67%面含氧官能团的数量发现，不同处理方法后碳管表面的含氧官HNO3-98%H2SO4，体积比

6、1∶3)制备作为对比，改性方法见文能团数量不同，且MWNTs-O催化剂表面具有最高含量的含氧献，催化剂标记为MWNTs-NS。官能团，特别是化学改性后表面产生的羧基。1．2催化剂表征3结论使用美国TriStarII3000型比表面积分析仪进行N2吸附，(1)经过液相臭氧、高温空气和混酸改性MWNTs的Raman、测定MWNTs的比表面积。使用日本HITACHI公司S-4800型FT-IT、XPS等表征结果说明，表面生成了羧基官能团，且不同方扫描电镜(Scanningelec-tronmicrosc

7、ope，SEM)，在加速电压为法改性处理的MWNTs表面含氧官能团数量不同。15kV分析MWNTs的表面形貌。FT-IR采用美国Varian公司(2)不同方法改性的MWNTs作为催化剂湿式氧化反应过程Cary670-FTIR型傅立叶红外光谱仪，分析MWNTs表面官能团。中均表现出了较好的催化活性，经液相O3改性的MWNTs活性Raman采用英国Renishaw公司RenishawinVia型拉曼光谱仪，最高。在155℃，总压为2．5MPa，苯酚初始浓度为1000mg/L，分析MWNTs的微观结构。

8、采用PHIESCA4500型光电子能谱经液相O3改性的MWNTs投加量为0．4g/L条件下，反应仪(XPS)，分析MWNTs表面的化学组成和化学状态。120min后，苯酚和TOC去除率分别为100%和72%。1．3分析测试方法催化剂表面的含氧官能团(—COOH)是影响催化剂活性的样品中苯酚浓度采用美国PerkinElmer公司的HPLC进行重要因素。分析，采用AgilentXDS－C18柱(4．6×250mm，5μm)，测定苯参考文献酚时的流动相:纯甲醇和0．2%乙酸水溶液(60∶