Ag基纳米材料催化4-硝基苯酚还原性能研究

来源 :辽宁石油化工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:wujie1983
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Ag纳米粒子催化硼氢化钠(NaBH4)还原4-硝基苯酚(4-NP)生成4-氨基苯酚(4-AP)过程是处理废水中4-NP的新方法,在生产中应用潜力巨大。以价格低廉、结构形貌易控的无机纳米金属氧化物为载体来负载Ag纳米粒子,将避免纳米粒子团聚,并有效控制纳米粒子的尺寸,增强活性组分的稳定性和催化性。本文选取氧化锌(ZnO)纳米棒、氧化钛(TiO2)纳米球和γ-氧化铝(γ-Al2O3)中空纳米球作为负载Ag纳米粒子的载体,考察其对4-NP还原的催化性能,催化反应动力学和热力学,研究催化机理。主要内容如下:(1)以ZnO纳米棒为载体合成了高纯度的Ag/ZnO纳米棒复合材料,Ag纳米粒子在ZnO纳米棒表面得到良好的分散,Ag纳米粒子与ZnO间存在较强的金属-界面相互作用;Ag/ZnO纳米棒对4-NP还原表现出增强的催化性、稳定性和良好的再生性,表观速率常数(kapp)值是非负载Ag纳米粒子催化下的kapp值的2倍。(2)以TiO2纳米球为载体合成了高纯度、高活性的Ag/TiO2纳米球复合材料,均匀分布的TiO2纳米球显著改善了Ag纳米粒子的分散,增强了Ag纳米粒子的尺寸效应,进一步提升了Ag/TiO2-0.50对4-NP还原的催化性能,4-NP在5.5 min内几乎完全转化,kapp值是非负载Ag纳米粒子催化下的kapp值的5倍,催化活性、稳定性和催化剂再生性能均大幅提高。此外,催化过程非自发、吸热,固-液界面混乱增大。(3)以γ-Al2O3中空纳米球为载体合成了高活性、高稳定性的Ag/γ-Al2O3复合材料,γ-Al2O3表面粗糙、多孔隙,比表面积较大,具有独特的四分之三中空球状形貌,很好地分散了和保护了Ag纳米粒子,并有效地限制了纳米粒子的粒径,在Ag/γ-Al2O3-0.50催化下,在3.5 min内4-NP几乎完全转化,kapp值是非负载Ag纳米粒子催化下的kapp值的8倍,催化性能优异,稳定性和再生性较好。此外,催化过程非自发、吸热,固-液界面混乱增大。上述三种无机金属氧化物负载的Ag基纳米材料对4-NP还原的催化性能普遍优于文献报道的Ag基纳米材料的催化性能。动力学数据研究结果表明催化机理符合Langmuir-Hinshelwood(L-H),催化反应过程中产生的中间体4-羟基氨基苯酚(4-Hx)向终产物4-AP的转化是速率控制步骤。
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