催化剂成孔工艺介绍-九游会真人
2024-10-11 11:00:45
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碳基臭氧催化剂介绍
科力迩碳基臭氧催化剂（khc-pc1001）
碳基材料广泛存在于自然界中，大多通过煤、生物质等燃料热解产生。在煤炭或生物质热解过程中挥发分的释放导致其内含大量孔隙结构，燃料中包含的大分子经过一次反应断键形成多种中间产物，这些中间产物经过二次反应生成最终产物。碳基材料表面一般含有丰富的含氧官能团，同金属基催化材料相比，碳基催化材料成本相对较低，具有较好比表面积、发达的孔隙结构，具有优良的吸附能力。同时，其发达的孔隙结构和高比表面积能够为活性催化组分的负载提供空间和表面支撑。
科力迩选用碘值1100以上，比表面积1400m2/g的活性炭为基质制备出一种高活性的非均相臭氧催化剂——khc-pc1001，其微观结构如下图所示。其具有的高比表面积为催化反应提供了更多的活性位点，在多种化学环境下都表现出良好的稳定性，这使得该型碳基臭氧催化剂在酸、碱和有机溶剂中都能保持较好的催化性能。碳基臭氧催化剂还具有优异的电子传输能力，这有助于加速催化反应中的电子转移过程，同时碳基臭氧催化剂毒性较低，且材料来源广泛，易于回收利用，符合绿色化学和可持续发展的要求。
碳基质微观结构
成孔工艺
孔隙率是影响催化剂具有较高催化活性的一个至关重要的因素。高孔隙率和高表面积使反应分子易于进入活性物质。科力迩的khc-pc1001型碳基臭氧催化剂使用的碳基体便具有多孔结后，其比表面积可超过1200 m2/g。为了避免金属离子的掺杂导致碳基体部分微孔堵塞，减小成品的比表面积，科力迩的研究人员采用了多种思路来解决这一难题。
其一，便是单次负载单一负载的多次烧结工艺，该工艺在保证金属均匀负载，最大程度增加氧化活性位点数量的同时，避免了金属聚集结团堵塞碳基体微孔的风险。
其二，便是在金属负载的过程中添加一定比例的水溶性致孔剂，例如（peg，pvp，pva 等。）水溶性致孔剂在催化剂材料制备中的工作原理主要是通过其在混合过程中的均匀分布和后续的去除，形成具有特定孔结构的催化剂，提高其催化效率。其在催化剂材料的制备过程中主要通过以下几个步骤发挥作用：
1）溶解与混合：水溶性致孔剂通常在水相中溶解，与其他组成材料（如金属盐、载体等）充分混合，形成均匀的胶体或溶液。
2）聚合与成型：在适当的条件下，这些混合物会通过加热、冷却、或者化学反应等方式形成固体基体。在这一过程中，水溶性致孔剂均匀分布在固体基体中。
3）去除致孔剂：在后续的处理过程中，例如干燥或煅烧，水溶性致孔剂会被去除。由于其水溶性，可以通过简单的水洗或高温煅烧使其挥发，从而在催化剂中形成孔隙。
4）孔结构的形成：致孔剂的去除留下一定的空间，形成多孔结构。这些孔隙能够提供较大的比表面积，有助于提高催化剂的活性和选择性。
5）催化性能优化：通过调节水溶性致孔剂的类型、浓度以及去除的方式，可以控制最终催化剂的孔径、孔容和分布，从而优化其催化性能。
其三，牺牲模版金属造孔法，利用可溶性的金属作为模版，在催化剂煅烧过程被去除被包裹在待制备材料周围，从而留下空腔或孔隙结构，例如在碳基臭氧催化剂的制备过程中，co2 、ni2 、fe2 中的一种或几种金属分别随着zn 一同负载在碳基体上，金属离子可以和连接体2-甲基咪唑进行配位并均匀分布于zif框架中，从而可以产生多金属zif。目标金属位点由2-甲基咪唑连接体和锌原子在空间上隔开，导致两者之间的空间距离变得更长。因此，在高温煅烧过程中zif骨架中的锌被蒸发掉后可以充当成孔剂, 从而产生大量的开放通道。
表.椰壳炭与khc-pc1001不同孔隙比表面积贡献
通过以上三种方法,科力迩制备出的碳基臭氧催化剂比表面积超过1286 m2/g，在原有的碳基体基础上有所提升，通过碳基体与该型碳基臭氧催化剂的扫描电镜图也可看出，未经修饰的碳基体孔壁光滑，而该型号碳基臭氧催化剂的表面存在大量金属氧化物晶体，这些金属晶体分布均匀，对催化剂的比表面积，吸附性能以及空隙分布均有一定的提升。
碳基体与khc-pc1001的扫描电镜图（10000x）
