水合肼降解或制氢催化剂的制备及性能研究

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肼(H2NNH2)和水合肼(H2NNH2·H2O)广泛应用于精细化工领域,在其生产和应用过程中难免会有大量的含肼废液需要处理,以达到环保要求。另外,安全有效的储存和释放氢气在未来仍然是一个重大挑战,液体化学储氢材料水合肼以其安全性和8.0wt%氢含量而引起了重点关注。因此,研究催化剂催化下水合肼的高效降解和制氢具有较大的应用价值。一方面,制备了三种铜基多相催化剂,用于催化氧气氧化降解稀水溶液中的水合肼。催化降解实验表明,三组分c-CuZnCr催化剂比单组分催化剂CuO(c-Cu)和双组分c-CuZn催化剂具有更好的催化性能。以23 mg c-CuZnCr催化氧气降解浓度0.2%的水合肼稀溶液200 mL,在常温常压条件下,反应360 min,水合肼的降解率达99.96%。利用XRD、XPS、SEM、ICP-OES和氮气脱附吸附手段对催化剂进行了表征,发现三种催化剂的活性组分都为催化剂表面的Cu2+,三组分催化剂具有更大的比表面积,因而表现出较高活性。动力学研究结果表明,降解反应活化能为32.73 kJ·mol-1,对水合肼浓度和氧气压力的反应级数分别为0.97和0.78。另一方面,通过简单一步共还原方法成功合成了Ni-CeOx纳米复合材料生长于碳纳米管(CNTs)表面的催化剂Ni-CeOx/CNTs,Ni-CeOx在CNTs上有良好的分散性。利用XRD、XPS、SEM、TEM和ICP-OES分析研究了催化剂的结构和性质。在温度343 K和1.0 M NaOH溶液条件下,在所制备的催化剂中,催化剂Ni-(CeOx0.5/CNTs在水合肼分解制氢反应中展现出最高的活性,转换频次(TOF)达80 h-1,H2选择性100%。催化剂优异的催化性能主要归因于Ni与CeOx的协同效应,Ni-CeOx纳米复合材料的细微和良好分散性,同时还有Ni-CeOx和CNTs的金属-载体强相互作用。
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