担载银的羟基磷灰石催化剂的制备及其CO催化氧化性能研究

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羟基磷灰石作为“绿色”无机材料,具有良好的化学稳定性、热稳定性,它可作为催化剂的载体广泛应用于催化领域。负载型纳米银(Ag)催化剂在多相催化中有着广泛的应用,但由于热稳定性差,限制了其实际应用。为此,我们利用Ag纳米粒子(NPs)与羟基磷灰石(HAP)之间的强金属负载相互作用(SMSI),报道了一种新型的负载型纳米Ag/HAP催化剂,本文以四水硝酸钙作为钙源,磷酸氢二铵作为磷源,分别采用水热法和共沉淀法制备出特定形貌的羟基磷灰石。利用HAP特殊结构的“限域作用”和HAP表面羟基的“保护作用”,得到了高分散的Ag NPs。通过XRD、SEM、TEM、FT-IR、UV-vis、H2-TPR等表征手段对HAP及Ag/HAP催化剂的形貌、结构进行表征并探究载体与催化剂催化性能的关系,从而获得具有较好活性的CO氧化催化剂:(1)采用水热合成法,以柠檬酸钠作为模板剂,通过调控水热温度得到一系列不同尺寸的二维片层堆积的HAP,采用等体积浸渍法制备低负载量的Ag/HAP催化剂。研究发现载体的形貌、尺寸、比表面积都影响其性能,当水热温度为160 o C时,载体具有最大的比表面积和较小的尺寸,同时表面-OH振动峰更强,从而表现出Ag/H-160催化活性最高,CO在180 ℃完成了全部转化。(2)采用共沉淀法制备了片状HAP,通过改变Na OH的添加量从而控制体系的p H值,得到不同比表面积的HAP。结果发现,p H值为12时,载体具有最大的比表面积为99 m~2/g。以该系列片状HAP为载体,制备负载型Ag/HAP催化剂,并进行CO催化氧化性能研究,结果表明,片层结构的Ag/HAP具有较优的催化性能,Ag/H12样品在160 ℃即可实现CO全部氧化。优于文献报导的其他催化剂。(3)在片层结构HAP的研究基础上,进一步通过水热法制备了一维纳米棒状和三维花状结构的HAP,用浸渍法制备负载量为3 wt.%的Ag/HAP催化剂,进行CO氧化反应性能研究,并将HAP载体和纳米Ag催化剂的结构和性能进行详细表征,结果表明,在Ag负载量相同的情况下,具有高比表面积和小颗粒尺寸的HAP表面Ag~0含量更高,更利于Ag的分散,所制备的Ag/HAP催化剂具有优异的低温活性和稳定性能。
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