活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭催化分解過氧化氫的動力學研究。反應物濃度和溫度的影響進行了實驗研究。動力學數據通過初始反應速率的差異方法進行評估。由于分子的高反應性和反應中間體的氧化能力，過氧化氫(DCPH)在均相和非均相中的催化分解研究是廣泛的反應。在固體表面上選擇性地在堿性或還原性活性位點上或在涉及金屬離子的位置如鐵，鈰，錳，銅，鈷，釩等中可能發生不同的氧化態和/或形成絡合物。

　　活性炭催化分解過氧化氫實驗部分

　　實驗采用過氧化氫30%、活性炭碘值1000，亞甲藍21,35和表征的官能團具有以下結果：活性炭具有以下表征羧基1,22x10 -1毫當量克-1，內酯2,44×10 -1 meq g -1，苯酚1,51×10 -1 meq g -1，羰基化合物1,24×10 -2meq g -1和總堿性基團1.12meqg-1。

　　方法

　　過氧化氫反應在用于溫度控制的雙壁玻璃池中進行。隨后用差壓傳感器進行氣壓測量。為了計算作為時間函數產生的分子氧的量，對壓力數據進行校正，以考慮氣體的水蒸汽壓力，氧氣溶解度和亨利常數作為溫度的函數。

　　反應混合物始終保持在50mL。過氧化氫的反應始于加入過氧化氫溶液，溫度與活性碳水混合物相同。

　　為了獲得關于活性炭的化學性質的更多信息，就其酸性-堿性和氧化還原性質而言，研究了溶液的pH和過氧化氫中活性炭表面的化學修飾的影響。 。對于該反應混合物與過氧化物濃度0.100mol L的固定組合物-1和CAT等于2,00x10 -3克·毫升-1 在298K的溫度下發現：在2-10個pH單位的溶液范圍內，初始反應速率沒有顯著變化。該結果與Bohem滴定法給出的活性炭中官能團的組成一致，其中活性酸基團與堿性基團相比是非常低的比例。強氧化劑，如高錳酸鉀和過氧化氫，會大大改變影響過氧化氫的表面(圖1)，從而可以推斷活性炭表面存在還原基團作為過氧化氫的活性位點。活性炭表面的化學處理按以下方式進行：用HNO3濃度5mol L-1 6個小時，用KMnO 4濃度0.08mol L-1在酸H 2 SO 4 濃度為0.5mol L-1 4小時用H 2 ö 2 的30%72小時。在每次處理結束時，將活性炭置于索氏提取器中一周，直到保證恒定的pH值。最后將活性炭在110℃下干燥至不再減輕重量，然后儲存在干燥器中。

　　實驗結果討論

　　質量比活性炭體積的變化

　　在圖2中被視為在活性炭的質量發生改變比初始反應速率時過氧化物的初始濃度是，(a)中1,60x10 -1 mol L-1和( b)在298K的溫度下為7.92×10 -2 mol L -1。相對于活性炭的質量-體積獲得反應順序是一個和表觀速率常數，ķ VEL，是約0.11毫升克-1小號-1在298 K(0.12毫升克-1 小號-1時[H 2 ö 2 ] 0 = 1,60x10 -1 mol-1和0.10毫升克-1小號-1時[H 2 ö 2 ] 0 = 7,92x10 -2molL -1)。

　　在圖3中關系決定于過氧化氫的初始濃度的反應初速度的變化，當活性炭(CAT)的質量-體積是比：(1)1.0×10 -3克毫升- 1，(b)2.0×10 -3 g mL -1和(c)4.0×10 -3 g mL -1，溫度為298 K.

　　溫度的影響

　　在圖4中溫度的效果示于初始反應速率，這取決于過氧化氫的初始濃度時活性炭的質量-體積比為2,00x10 -3克·毫升-1。

　　活性炭實驗給出的證據表明，過氧化氫在活性炭表面被的分解過程中的化學反應，也有證據表明活性位點對應于減少堿性官能團或，由于當活性炭與強氧化劑處理發生像高錳酸鉀和過氧化氫一樣，過氧化氫的分解速率明顯下降(圖1)。通過研究過氧化氫的初始速度，在初始濃度過氧化物和初始活性炭的量以及溫度的影響的廣泛范圍內獲得的大量實驗數據通過在均相典型的反應速率，得到反應為了使每個試劑是1.0，用約27千焦mol的活化能-1。盡管這些結果證明了過氧化氫的偽一階定律是正確的，但他們并不知道所研究的系統的異質性。最后，已經證明，實驗數據可以通過考慮系統性質的動力學方程如Langmuir-Hinshelwood方程令人滿意地處理。在這些條件下的活化能為約40千焦mol -1。這項工作表明了活性炭分解過氧化氫作為一種技術來表征改性固體的催化活性時應遵循的程序。

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