固体催化剂制备_作业答案概要.ppt

第一次作业答案略解 仅供课后学习参考，非考试内容或答案 1. 详细介绍碳的同素异形体 2. 描述活性炭的微晶结构 3. 活性炭表面氧化物的种类并简要描述 活性炭的表面官能团 Boehm等把活性炭的表面官能团分成三组：酸性、碱性和中性。 酸基团为羧基（-COOH）、羟基（-OH）和羰基（-C=O）； 碱性基团为-CH2或-CHR基，能与强酸和氧反应； 中性基团为醌型羰基。 表面官能团 活性炭材料在制备过程中由于灰分和其他杂原子的存在，使其基本结构产生缺陷和不饱和价，氧和其他杂原子在活化过程中可以吸着于这些缺陷上，形成各种官能团，因而使活性炭材料产生了各种吸附特性. 对活性炭材料产生重要影响的化学官能团主要是含氧官能团和含氮官能团。 活性炭材料表面可能存在下面几种含氧官能团：羧基、酸酐、酚羟基、羰基、醌基、内酯基、乳醇基、醚基等； 含氮官能团：酰胺、酰亚胺、内酰胺、吡咯和嘧啶等。 Boehm滴定法 采用Boehm滴定法，可以对活性炭的表面含氧官能团进行定量分析。一般认为NaHCO3仅中和炭表面的羧基，Na2CO3可中和炭表面的羧基和内酯基，而NaOH可中和炭表面的羧基、内酯基和酚羟基。根据碱的消耗量的不同，可以计算出相应官能团的量。 微孔，吸附，大的孔容和比表面积 活性炭用作催化剂载体时，催化剂主要是沉积在中孔和大孔内，但也有沉积在微孔内 大孔起着输送渠道的作用，当活性炭用作催化剂载体时，较大的孔隙作为催化剂沉积的场所可能是有用 活性炭的制备－炭化 炭化可以去除小分子有机物及挥发分，得到适宜于活化的初始孔隙和具有一定机械强度的炭化料。炭化的实质是有机物的热解过程，包括热分解反应和热缩聚反应，在高温条件下，有机化合物中所含的氢、氧等元素的组成被分解，炭原子不断环化，芳构化，结果使氢、氧、氮等原子不断减少，炭不断富集，最后成为富炭或纯炭物质。 F.Rodriguez-Reinoso 认为，植物类原材料(如椰壳、橄榄核等)的炭化过程可大致分为三个阶段： ①在300 K -470 K温度范围内脱水； ② 470 K-770 K时初步热解，大部分气体和焦油挥发出来，形成基本 炭框架； ③770 K-1120 K时炭架结构强化，并有微小失重。随着炭化温度升 高，烧失率显著增加，同时颗粒也在收缩，炭化料堆密度略有降低 。 活性炭的制备－制备方法 化学活化法 化学活化法就是将化学药品加入原料中，然后在惰性气体的保护下进行加热，同时进行炭化和活化的一种方法。 常用的活化剂有碱金属、碱土金属的氢氧化物，无机盐类以及一些酸类，目前应用较多、较成熟的化学活化剂有KOH、NaOH、ZnCl2、CaCl2、H3PO4等，其中以KOH作为活化剂制得的活性炭吸附性能最优异 。 11. 详细描述活性炭制备过程中的KOH活化步骤 KOH的活化机理 立本英机曾研究过KOH与石油焦的混合物加热升温时所产生的气体组成，所得结果如图所示。 300℃左右开始产生大量的水蒸气 400℃左右时，气体产物中开始出现氢气和甲烷，大于500℃时，才出现少量CO与CO2，这一点与水蒸气活化时气体产物的组成中存在大量CO和CO2是大不相同的。 活性炭的制备－活化 理论分析表明发生的主要反应有： 2KOH→K2O+H2O 脱水反应 C+H2O→H2+CO 水煤气反应 CO+H2O→H2+CO2 水煤气转移反应 K2O+CO2→K2CO3 转变为碳酸盐 K2O+H2→2K+H2O 生成金属钾 K2O+C→2K+CO 生成金属钾 气体产物中主要成分是H2，仅观察到极少量的CO、CO2、CH4及焦油状的物质。活化过程中选择性反应消耗掉的碳主要生成了K2CO3，选择性反应的结果使产物具有发达的孔隙结构和很大的比表面积。 对活性炭载体进行预处理，是为了降低活性炭的灰分含量、改变活性炭表面元素的组成及结构、提高活性炭强度及改善孔分布，这些性能的改变有助于提高催化剂的性能。主要有以下