贵金属负载木屑炭及其催化研究毕业论文_化学工程与工艺毕业论文

贵金属负载木屑炭及其催化研究毕业论文

2021-04-28更新

摘 要

多年来,生物质得到了有效利用而使其受到了广泛的关注。基于植物的光合作用,木质生物质得以产生,而以木材为代表的木质生物质占据着世界生物质资源的90%。具体点来说,木质生物质就是我们所说的木材和农作物,还有森林工业废弃物和农业废弃物等。而从化学角度来看的话,木质生物质的主要成分为碳物质和氢化合物,和煤以及石油等常规的矿物能源相似,因此它和矿物燃料的使用方式和特点有着挺大的相似性,所以我们已经把以开发及利用木质生物质资源的常规能源技术发展起来了。

木质生物质能得到有效应用的关键在于其转化技术,比如酸水解,水热法,高温分解等,可是目前的研究中还没有建立起更有效的转化方法。本文研究了通过利用废弃的锯木屑来制备多孔炭的方法,首先将干燥过后的锯木屑和配制好的氢氧化钾溶液混合均匀,并将其水热处理一定的时间后,分离其中的残渣和液体;然后将所述残渣干燥之后让其在惰性的气体下进行碳化,之后用盐酸和水将碳化后的产物水洗至水溶液呈中性,并干燥得到了最终的产品为多孔炭。我们在水热过程中引入的氢氧化钾,不仅可以分离出木屑中的木质素,还可以作为模板剂和活化剂来使用,并且我们所制备的多孔炭比表面积达到了1185m2 g-1,还表现出了具有蜂窝状的多级孔结构的特点。整个实验我们就是把废弃的木屑转化为了高附加值的多孔炭,还额外得到了木质素,除此之外,我们还探讨了所制备的多孔炭在催化剂载体上的应用。

关键词:多孔炭;生物质;载体;催化;木屑;水热;氢氧化钾

Wood sawdust derived porous carbon and their utilization for metal catalyst supports

ABSTRACT

Over the years, the effective use of biomass has received widespread attention. The production of woody biomass is based on the photosynthesis of plants, and woody biomass is represented by wood accounts for 90% of the world’s biomass resources. Specifically, woody biomass is crops and agricultural waste, wood and forest industrial waste. From a chemical point of view, the main components of woody biomass are carbon and hydrogen, which is similar to conventional fossil fuels such as petroleum coal, and has similarities to the characteristics and usage of fossil fuels. Therefore, development and utilization of woody biomass resources as conventional energy technologies have been developing. The key to the effective application of wood biomass is conversion technology, such as acid hydrolysis, hydrothermal method, pyrolysis, etc., but there is no more effective conversion method.

This paper studied the preparation of porous carbon by wood sawdust. We mixed dry sawdust with potassium hydroxide solution and hydrothermally treated it for a certain period of time. After that, the residue and liquid were separated; the residue was dried and carbonized under inert gas. The carbonized product was washed with hydrochloric acid and water until the aqueous solution was neutral, and dried to obtain porous carbon of the final product. The potassium hydroxide introduced during the hydrothermal process could separate lignin from wood sawdust, and as a template agent and activator simultaneously. The specific surface area of the porous carbon could give up to 1185 m2 g-1, and their show the characteristics of hierarchical pores structure. We converted waste wood sawdust into high value-added porous carbon, also got extra lignin. In addition, we also discussed the catalyst support application of the porous carbons.

Keywords: Porous carbon; Biomass; Support; Wood sawdust; Hydrothermal; KOH

目 录

1 绪论 1

1.1多孔炭材料 1

1.2 多孔炭的制备方法 1

1.2.1 微波碳化法 1

1.2.2 气相沉淀法 2

1.2.3 模板法 2

1.2.4 水热法 2

1.2.5高温分解/活化法 3

1.3 生物质活化多孔炭材料 4

1.4炭载体的催化剂 5

1.5本文的研究意义及方法 6

2 实验部分 7

2.1实验药品 7

2.2实验仪器和设备 7

2.3实验步骤 8

2.3.1 多孔炭材料的制备 8

2.3.2 Pt/多孔炭催化剂的制备 8

2.3.3 Pt/多孔炭的制催化苯甲醇氧化制备苯甲醛 9

2.4材料的表征 9

2.4.1 X-射线衍射分析(XRD) 9

2.4.2 N2吸附脱附测试仪(BET) 10

2.4.3 环境扫描电子显微镜分析(SEM) 10

3 结果与讨论 12

3.1多孔炭的表征 12

3.1.1 多孔炭的XRD图 12

3.1.2 多孔炭的SEM图 13

3.1.3 多孔炭的N2吸附脱附测试 14

3.1.4 结果与讨论 15

3.2 Pt/多孔炭催化苯甲醇氧化制备苯甲醛 15

3.2.1 Pt/多孔炭催化剂的表征 15

3.2.2 苯甲醇的转化率 16

3.2.3 结果与讨论 17

4研究结果与展望 18

致谢 19

参考文献 20

1绪论

1.1多孔炭材料

多孔炭材料有很多的优点,比如说它具有比表面积大,孔结构发达,化学稳定性好,导热性好以及导电性好等优点。而在污水净化,工业催化以及电化学能量转换和储存等领域,它已经被广泛地应用了。传统的多孔炭材料主要以活性炭为主,其孔道结构简单,并且随着科学技术的发展,它在技术方面已难以满足相关领域的要求。从而督促了多孔炭材料的创新,分级多孔炭材料应运而生,它具有微孔,介孔和大孔,这种独特的结构在吸附领域,超级电容器和燃料电池方面显示出了很大的应用潜能,并且还可以促进反应物和产物的快速传质。

多孔炭材料是指其基本结构是炭,并且具有高比表面积和良好的孔结构的多孔材料。它的结构非常复杂,它不仅与普通炭原子的石墨、金刚石结构不同,而且不是复杂的大环结构,而是含未石墨化和石墨化炭微晶的非晶炭。多孔骨架含有大量缺陷,并且多孔结构的多孔炭与石墨的界面特性不同,由非晶结构炭和微晶结构炭的排列形成,可用于电化学能源的储存和转化和重金属离子吸附剂。

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