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非晶态NiP(B)/Al_2O_3催化一氧化碳、水和氧气合成过氧化氢的研究

张伦  
【摘要】:本文对负载型非晶态NiP(B)/Al_2O_3催化剂催化一氧化碳、氧气和水合成过氧化氢的反应进行了研究。采用KBH_4在乙醇水溶液中还原浸渍在粉末Al_2O_3载体上的镍盐,生成NiB/Al_2O_3;在乙酸镍和次亚磷酸钠组成的化学镀溶液中引发NiP在NiB/Al_2O_3上的沉积;经过热处理制备得到负载型非晶态NiP(B)/Al_2O_3催化剂。 详细研究了化学镀溶液温度、溶液组成、起始溶液pH、NiP 负载量、掺杂元素(Co, Ce, La) 及催化剂热处理温度等催化剂制备条件对催化剂活性的影响。化学镀液在20~80℃的范围内,随着温度的升高,化学镀反应速度加快,形成的活性集团颗粒变小,高温时制备的催化剂比低温时制备的催化剂活性高;随着还原剂与镍盐摩尔比的升高,镍的还原率增大,NiP 的负载量提高,催化剂活性较好;调节化学镀溶液的pH 可以改变沉积层NiP 中P 的含量,从而影响催化剂的活性,当pH 在5.1~5.4 时,催化剂活性最好;适当的NiP 的负载量可以形成结构稳定的催化剂,相应的催化活性较高;加入杂元素并不能提高催化剂的稳定性;对催化剂的热处理,可以提高催化剂的稳定性和活性,但过高的处理温度,催化剂活性中心由非晶态向微晶转变,催化剂活性下降。催化剂样品的XRD、SEM和XPS 分析表明,催化剂活性中心仍为非晶态、具有不均匀的表面结构,非晶态NiP(B)合金是催化剂活性中心。通过对粉末和球形颗粒催化剂反应前后的SEM 和XPS 及催化剂活性对比分析,证明了粉末状非晶态NiP(B)/Al_2O_3 催化剂失活原因主要是活性组分集团NiP(B)的脱落。 与NiB/Al_2O_3相比,负载型非晶态NiP(B)/Al_2O_3催化剂具有更高的催化活性和寿命。NiP(B)/Al_2O_3新型催化剂初始活性达到了0.228 mmol/(g.h),好于文献报导的贵金属催化剂5(wt)%Pd/CaCO_3、1(wt)%Ru/石墨的最高活性0.1 mmol/(g.h)和Ni-La-B/Al_2O_3报道的初始活性0.07 mmol/(g.h)。


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