纳米疏水催化剂Pt/C/PTFE的制备及催化交换性能研究

来源 :中国工程物理研究院北京研究生部 | 被引量 : 10次 | 上传用户:maqianjin123
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本文探索了纳米疏水催化剂Pt/C/PTFE制备。较详细的研究了纳米Pt粒子的制备工’艺条件及影响因素、纳米Pt沉积速度、载体的成型压力、以及纳米Pt/C/PTFE疏水催化剂的性能。 在纳米Pt粒子的微乳液法制备研究中,研究了微乳液体系(CTAB/C8H17OH/H2O)配比的影响。结果表明:表面活性剂、助表面活性剂及水含量多少影响微乳液形成。当CTAB与C8H17OH为1:1或1:2时,不能形成微乳液,体系为不透明的乳液;当CTAB与C8H17OH为1:3以上时,能形成微乳液。研究了Pt盐在微乳液体系中增溶效果,确定了微乳液中Pt盐含量小于0.02%(wt)是合适的。 采用TEM表征了不同水含量条件下微乳液法制得的纳米Pt粒子粒径大小。结果表明:微乳液中水含量多少对制得纳米Pt粒子粒径有严重的影响,随着水含量增加,Pt粒子粒径也增加。 温度对Pt粒子的形貌及团聚行为有较大影响。温度升高,Pt粒子的团聚加重。另外,温度对反应过程有较大影响,室温下,15min能完成反应,温度升高,反应加剧,在85℃时,反应几乎瞬间可完成,同时得到的Pt粒子的形态不好。 采用XRD研究了不同热处理温度的Pt粒子。结果表明:100℃时,有表面活性剂存在。200℃时未见杂质成分;温度升高到300℃,Pt粒子XRD峰变尖变窄,这意味着Pt粒子开始出现晶粒长大。为避免Pt粒子长大,控制一定的热处理温度是必要的。用TG研究了无洗涤的样品的热失重情况,结果表明:样品的最大失重率达到92%左右,样品在250℃左右时失重率最快。 在纳米Pt/C/PTFE疏水催化剂的制备中,首次提出采用纳米粒子直接沉积法将Pt粒子均匀沉积在载体上制备纳米疏水催化剂。研究了纳米Pt粒子在不同温度下,在载体上的沉积量。结果表明:常温下,1~5h内,纳米Pt粒子在载体上的沉积量随时间线性增加;随着时间增长,沉积速率下降,沉积量增加缓慢,并几乎达到稳定值。随着温度升高,沉积速率增加,达到沉积量恒定的时间缩短,并且沉积量增加不是均匀的。 研究了成型压力对纳米疏水催化剂载体C-PTFE比表面、孔径大小的影响。随着压力增大,比表面及平均孔径下降。在1MPa时,得到的压制体强度不好,易破碎,说明成型压力不够。随着压力增大,压制体强度增加,在1.5~2.5 MPa范围内,得到的压制体均有一定强度,不易破碎。 用SEM测定了纳米Pt/C/PTFE的断面及形貌,结果表明:Pt/C/PTFE内部有丰富的孔结构。另外,用XPS对其表面Pt粒子的状态进行分析表明:Pt均为零价状态,没有发现其它价态存在,说明选择的还原条件是充分的。纳米疏水催化剂P代爪TFE的制备及催化性能研究 在氢同位素HZ一HDO体系中,研究了影响纳米Pt/C/PTFE疏水催化剂催化性能的因素。结果表明:Pt/C/PTFE与填料不同装填比时对其催化性能影响较大。P灯C用TFE与填料的装填比为1:4时,交换反应速率最快。 反应温度升高,催化活性Kya值增加,但温度超过75℃时,Kya增加趋势减弱。因此,气一液催化交换反应温度在75℃以下是合适的。 不同工艺制得的Pt/C/PTFE催化活性值Kya差异较大。在同样实验条件下,纳米Pt/C/PTFE疏水催化剂的催化活性值Kya比浸泡法制得的Pt/C/PTFE的Kya值高近1倍。另外,气、液摩尔比分别为1和3时,催化交换反应活化能差别不大,约为22KJ/mol左右。 本文解决了纳米Pt粒子的制备技术、纳米Pt粒子在载体上均匀沉积技术以及纳米Pt/C/P TFE疏水催化剂制备工艺技术,建立了研究纳米Pt/C/PTFE催化性能的气一液催化交换系统,为纳米Pt/C/PTFE疏水催化剂用于含氖水(重水)氖提取、含氖废水减容等打下了坚实的技术基础。
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