【摘 要】
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本论文通过合成Pd-Ni双金属催化剂,研究了其制备工艺及机理,并利用双金属催化剂对漂白紫胶催化加氢脱氯的工艺和机理进行了研究。采用超声强化浸渍法制备活性炭负载的Pd-Ni双金属纳米催化剂,相较于传统浸渍法大大缩短了制备时间,将漂白紫胶的氯含量作为催化剂性能的评价指标,评价了催化剂的活性和连续使用五次的稳定性。通过单因素实验研究了载体改性条件、超声时间、超声强度和钯镍摩尔比等条件对催化剂加氢脱氯性能
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本论文通过合成Pd-Ni双金属催化剂,研究了其制备工艺及机理,并利用双金属催化剂对漂白紫胶催化加氢脱氯的工艺和机理进行了研究。采用超声强化浸渍法制备活性炭负载的Pd-Ni双金属纳米催化剂,相较于传统浸渍法大大缩短了制备时间,将漂白紫胶的氯含量作为催化剂性能的评价指标,评价了催化剂的活性和连续使用五次的稳定性。通过单因素实验研究了载体改性条件、超声时间、超声强度和钯镍摩尔比等条件对催化剂加氢脱氯性能的影响,确定了最佳制备工艺条件,并结合X射线衍射、X射线光电子能谱、场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、氢气-程序升温还原等表征技术对催化剂成分、物相、粒径和结构等物理化学性质进行了分析。结果表明,经浓度为20%的HNO3和720W超声处理10分钟的活性炭性能最佳;Pd1-Ni1/AC双金属纳米催化剂的最佳制备条件为:超声时间30min、超声强度720W(60%)和钯镍摩尔比例为1:1。在最佳制备条件下,制备出的Pd-Ni/AC双金属纳米催化剂粒径分布在4~14nm之间,平均直径为11.47nm,且在载体上分布均匀,无团聚现象发生。Pd1-Ni1/AC双金属纳米催化剂催化紫胶加氢脱氯后,漂白紫胶氯含量从2.6312wt%降低至0.1419wt%,连续使用第五次时,仍能将漂白紫胶氯含量降低至0.2477wt%。结合实验和表征结果可知,双金属结构中Pdn+物种的产生促进了催化剂的加氢脱氯性能。将合成的Pd1-Ni1/AC双金属纳米催化剂用于催化漂白紫胶加氢脱氯的研究,通过单因素法确定了影响催加氢脱氯反应过程的主要因素为:反应时间、反应温度和催化剂用量,并分析了主要因素对催化加氢脱氯过程的影响,实验结果表明反应条件只是在一定的范围内对催化效率有积极影响;以脱氯后紫胶的氯含量为响应变量,以反应时间、反应温度和催化剂用量为实验因素,通过响应曲面法的设计和优化,最终确定催化漂白紫胶加氢脱氯的最佳反应条件为反应时间80 min、反应温度83℃和催化剂用量1.8g。验证实验表明,在优化后的最佳条件下,催化加氢脱氯后的紫胶中剩余氯含量为0.1294wt%,脱氯效率高达95.08%。此氯含量已完全能够达到食品、医药等行业对于原材料的要求。此外,利用红外光谱对漂白紫胶加氢脱氯前后的结构和成分进行分析,结果表明,催化加氢脱氯反应并未改变紫胶的整体官能团结构,唯一变化的是C-Cl键强度,加氢脱氯前的C-Cl键十分明显,而加氢脱氯后C-Cl键强度大大减弱,这证明了该反应遵循加氢脱氯反应过程:在反应体系中,氢气被吸附在催化剂纳米颗粒表面并离解成活性氢原子与含氯紫胶分子发生取代反应,氢原子取代紫胶分子中的氯原子,最终得到低氯紫胶。
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