碳纳米管的功能化及其对Ni/CNTs催化苯加氢性能的影响

论文摘要

碳纳米管具有比表面积大、机械强度高、硬度大、热稳定性高、吸附特性及特有的电学特性等性质，因此被认为很有吸引力的催化剂载体。但是碳纳米管是一种高度极化、表面光滑的化合物，管与管之间存在较强的相互作用力，因此碳纳米管往往以束的形式存在，这种束的形式存在使得碳纳米在水溶液中难以溶解分散性较差，另外碳纳米管光滑的外表面难以使纳米粒子在其外表面均匀的负载。本文利用一系列的表面活性剂和硝酸等分别对碳纳米管进行功能化处理以提高其在溶液中的分散性并使其具有更好的负载效率。以功能化后的碳纳米管为载体制备了Ni／CNTs催化剂，应用FT-IR、TEM、XRD、TG、IGP、H2-TPR、H2-TPD、H2化学吸附法等手段，以苯加氢为探针反应考察了功能化处理、Li的掺杂对Ni／CNTs催化剂的催化性能的影响。1、为了认识碳纳米管在催化苯加氢中的作用机理，本文首先采用浸渍的方法制备了Ni／CNTs、Ni／graphite、Ni／γ-Al2O3等催化剂，并用于苯加氢反应，结果表明Ni负载在碳纳米管上由于“氢溢流”现象使得Ni／CNTs催化剂具有更高的反应活性和抗毒性能。2、采用十二烷基硫酸钠（SLS）、十二烷基磺酸钠（SDS）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、十六烷基聚氧乙烯（2.3）醚（Brij35）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和硝酸（HNO3）对碳纳米管进行功能化处理制备了可溶性的碳纳米管溶液，并采用UV-vis技术对碳纳米管的溶解性能进行了测试。结果表明采用UV-vis技术可以得到较准确的碳纳米管在水溶液中的浓度。3、考察了不同功能化处理对碳纳米管在Ni／CNTs催化苯加氢活性的影响，结果表明SLS处理可以得到较好的效果。详细考察了SLS和硝酸处理对Ni／CNTs催化剂催化苯加氢性能的影响，发现SLS功能化处理的碳纳米管具有更高的分散度及更好的催化性能。4、以SLS功能化处理的碳纳米管为载体，利用浸渍法制得不同Li含量的NiLi／CNTs催化剂，结果表明Li的添加对催化剂的催化性能影响明显，适量的Li的添加提高了Ni的裸露度，吸附的活性H更易脱附，增加了反应活性，提高了抗硫性能。当Ni和Li的原子比为10比1时，在413K时可以达到100％的转化率。继续增加Li的含量，Ni的分散度、还原程度降低，不利于反应得进行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 碳纳米管在催化载体中的应用
• 1.1.1 合成和分解甲醇的催化剂载体
• 1.1.2 合成氨催化剂载体
• 1.1.3 氢甲酰化催化剂载体
• 1.1.4 Fischer-Tropsch反应催化剂载体
• 1.1.5 催化氧化催化剂载体
• 1.1.6 硝基化合物和不饱和烃催化加氢催化剂载体
• 1.1.7 脱氢催化剂载体
• 1.1.8 α,β-不饱和醛加氢催化剂载体
• 1.1.9 碳氢化合物分解催化剂载体
• 1.1.10 燃料电池催化剂载体
• 1.2 碳纳米管的功能化以及在催化中的应用
• 1.2.1 功能化处理对碳纳米管在溶液中分散性能的研究
• 1.2.2 碳纳米管的共价功能化以及对催化性能的影响
• 1.2.3 碳纳米管的非共价功能化以及对催化性能的影响
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 1.4 本课题的意义
• 1.5 创新之处
• 文献综述
• 第2章 实验方法和数据处理
• 2.1 主要化学试剂
• 2O₃等催化剂的制备'>2.2 Ni/CNTs、Ni/graphite、Ni/γ-Al₂O₃等催化剂的制备
• 2.2.1 不同镍盐的Ni/CNTs催化剂的制备
• 2O₃催化剂的制备'>2.2.2 Ni╱γ-Al₂O₃催化剂的制备
• 2.2.3 Ni/graphite催化剂的制备
• 2.3 碳纳米管功能化处理
• 2.3.1 硝酸共价功能化处理
• 2.3.2 表面活性剂非共价功能化处理
• 2.4 沉淀法制备Ni/CNTs催化剂
• 2.5 浸渍法制备功能化后的Ni/CNTs及NiLi/CNTs催化剂
• 2.6 催化剂的活性评价
• 2.7 碳纳米管及催化剂的表征
• 2.7.1 催化剂体相结构的鉴定
• 2.7.2 催化剂的组成分析
• 2.7.3 碳纳米管的热稳定性考察（TG-DTA）
• 2.7.4 透射电镜（TEM）观察
• 2.7.5 程序升温还原（TPR）和程序升温脱附（TPD）
• 2.7.5.1 TPR的实验原理和实验步骤
• 2.7.5.2 TPD的实验原理和实验步骤
• 2脉冲色谱化学吸附法研究催化剂中的金属分散度'>2.7.6 H₂脉冲色谱化学吸附法研究催化剂中的金属分散度
• 2.7.7 催化剂抗硫性能的测定
• 2.7.8 红外光谱（FT-IR）研究
• 2.7.9 紫外-可见（Uv-vis）吸收光谱分析
• 第3章 镍修饰的碳纳米管及其催化苯加氢性能研究
• 3.1 还原温度对催化剂的活性影响
• 3.2 不同镍盐对Ni/CNTs催化剂活性的影响
• 3.3 不同载体对催化性能的影响
• 3.3.1 催化剂的TPR分析
• 3.3.2 不同载体负载的镍催化剂分散情况研究
• 3.3.3 不同载体负载的镍催化剂的活性
• 3.3.4 不同载体镍催化剂抗硫性能研究
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第4章 碳纳米管的功能化以及功能化程度的研究
• 4.1 功能化碳纳米管的制备
• 4.2 功能化碳纳米管的FT-IR分析
• 4.3 功能化碳纳米管溶解性能的表征
• 4.3.1 可溶性碳纳米管照片
• 4.3.2 碳纳米管的UV-Vis分析
• 4.3.3 不同功能化处理的碳纳米管在水溶液中稳定性能的分析
• 4.4 碳纳米管的热重分析
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第5章 碳纳米管的功能化对Ni/CNTs催化剂苯加氢性能的影响
• 5.1 碳纳米管的功能化对Ni/CNTs催化苯加氢活性的影响
• 5.2 镍负载量分析
• 5.3 十二烷基硫酸钠和硝酸功能化处理对苯加氢性能的影响
• 5.3.1 催化剂的TPR分析
• 5.3.2 催化剂的TEM分析
• 5.3.3 催化剂的XRD分析
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第6章 Li的掺杂对Ni/CNTs催化苯加氢性能的研究
• 6.1 Li的掺杂对催化剂活性的影响
• 6.2 Li的掺杂对催化剂表面特征的影响
• 6.3 Li的掺杂对催化剂还原性能的影响
• 6.4 Li的掺杂对催化剂脱附性能的影响
• 6.5 Li的掺杂对催化剂抗硫性能的影响
• 6.6 本章小结
• 参考文献
• 第7章 结论与展望
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢