碳纳米管改性及担载钴基催化剂的研究

论文摘要

碳纳米管作为一种新兴碳材料,以其良好的力学性质、独特的电磁性质、光学性质和热稳定性,在纳米材料、纳米生物学、纳米化学等领域具有潜在的应用价值。已有大量的理论和研究表明,碳纳米管是最有前途的催化剂载体材料之一,碳纳米管负载催化剂可有效的将活性金属颗粒直径控制在纳米级,显著提高催化剂的各种性能。但是碳纳米管在各种溶剂中不易溶解,分散性差使其应用范围受到极大的限制。因此,如何对碳纳米管进行改性从而提高碳纳米管在溶剂中的分散性成为碳纳米管负载型催化剂研究的重要方面。本文通过长时间硝酸共沸回流、氮气保护下硫酸回流、氢氧化钠溶液回流、双氧水长时间浸泡等方法对碳纳米管进行改性处理,同时配以超声振荡。通过对处理后碳纳米管进行BET测试、TEM表征、IR测试等表征方法,发现先经过双氧水、氢氧化钠等活化处理,再在60wt%浓硝酸中共沸回流处理后的碳管的比表面积显著增大,长管被切断,端帽打开,排列有序度增大,在端帽、断口及碳管表面缺陷处产生-OH、-COOH等功能基团,从而使碳管在水、乙醇等溶剂中分散性大为提高,并为活性金属在碳管表面的负载提供了更多的锚定位。本文还以处理后的碳纳米管为载体担载Co基催化剂,考察了pH值及助剂La的加入对催化剂性能的影响。结果表明,助剂La、氨水的加入有效地避免了Co颗粒的团聚成块,形成的Co颗粒粒径较为统一,提高了其在碳管表面的分散度。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 碳纳米管的发现、结构、性质及应用
• 1.1.1 碳纳米管的发现
• 1.1.2 碳纳米管的结构
• 1.1.3 碳纳米管的性质
• 1.1.4 碳纳米管的应用
• 1.2 碳纳米管化学修饰研究进展
• 1.2.1 碳纳米管的有机化学修饰
• 1.2.2 碳纳米管的无机化学修饰
• 1.3 碳纳米管作为催化剂载体的研究进展
• 1.3.1 碳氢化合物分散催化剂载体
• 1.3.2 合成和分解甲醇的催化剂载体
• 1.3.3 合成氨催化剂载体
• 1.3.4 氢甲酞化催化剂载体
• 1.3.5 Fischer-Tropsch 反应催化剂载体
• 1.3.6 催化氢化催化剂载体
• 1.3.7 硝基化合物和不饱和烃催化加氢催化剂载体
• 1.3.8 脱氢催化剂载体
• 1.3.9 燃料电池催化剂载体
• 1.4 目前研究中存在的主要问题
• 1.5 本课题的研究背景及研究内容
• 第二章 实验方法及主要分析表征手段
• 2.1 实验原料及规格
• 2.2 碳纳米管预处理方法
• 2.2.1 硝酸氧化处理
• 2.2.2 硫酸处理
• 2.2.3 混酸处理
• 2.2.4 双氧水浸泡处理
• 2.2.5 氢氧化钠溶液回流处理
• 2.2.6 磷酸浸泡处理
• 2.3 催化剂制备
• 2.3.1 载量的配置
• 2.3.2 等体积浸渍法制备催化剂
• 2.3.3 醇热法制备催化剂
• 2.4 主要分析表征手段
• 2.4.1 TEM（Transmission Electronic Microscopy）
• 2吸附'>2.4.2 N₂吸附
• 2.4.3 XRD（X-Ray Diffraction）
• 2.4.4 TPR（Thermal Programmed Reduction）
• 第三章 碳纳米管预处理及其表征
• 3.1 S 型碳纳米管硝酸预处理及表征
• 3.1.1 S 型碳纳米管的预处理
• 3.1.2 S 型碳纳米管的表征
• 3.2 C 型碳纳米管的预处理及表征
• 3.2.1 BET 测试
• 3.2.2 TEM 表征
• 3.2.3 IR 表征
• 3.3 小结
• 第四章 催化剂的制备与表征
• 4.1 催化剂的制备
• 4.2 催化剂的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 不同产地碳纳米管为载体制得催化剂形貌的比较
• 4.3.2 制备方法对催化剂的比较
• 4.3.3 预处理方法对碳纳米管担载钴基催化剂的影响
• 4.3.4 La 的加入对碳纳米管担载钴基催化剂的影响
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢