核壳结构Fe3O4纳米催化剂催化降解酸性废水的研究

利用静电自组装法,将羧甲基纤维素(CMC)组装到Fe3O4上得到Fe3O4@CMC,再通过自由基聚合反应将丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)接枝交联到Fe3O4@CMC上,制备出F e3O4@CMC-g-p(AA-co-AM)(Fe3O4@hydrogel)微球。利用TEM、XRD、FTIR、TGA、XPS、BET等技术对Fe3O4hydrogel微球进行了表征,并将其作为催化剂应用于类芬顿高级氧化反应中催化降解酸性红73。结果表明:Fe3O4@hydrogel仍为反尖晶石型结构,共聚物CMC-g-p(AA-c o-AM)成功包覆在Fe3O4表面,且含量为17.7%,复合微球平均粒径在10n m左右,饱和磁化强度为44.8 emu/g,BET表面积为73.5m2/g,平均孔直径为8.3nm,为介孔结构。Fe3O4@hydrogel微球对酸性染料废水有良好的催化降解性能,通过调节芬顿反应体系中初始pH值、催化剂用量以及H2O2浓度,得到反应最适条件为pH3.5、H2O210mmol/l、催化剂用量200mg/l。在此条件下3h内能达到对酸性红7399.83%以上的降解。

Fe3O4纳米催化剂的控制合成及其费托合成性能探究

为突破费托合成催化剂的研发困境,文章从Fe3O4纳米催化剂的制备方法入手,对Fe3O4纳米催化剂的费托合成反应原理展开分析。同时深入探究Fe3O4纳米催化剂的控制合成期间,该催化剂费托合成性能,直观显示催化剂表征中Fe3O4、Fe3O4-pi等样品在不同制备方法中的催化活性变化,为费托合成催化剂制备方案的完善提供更为全面的参考信息。

磁性Fe_(3)O_(4)纳米粒子催化剂的制备及催化性能研究

为提升磁性催化剂的催化效率,研究磁性Fe_(3)O_(4)纳米粒子催化剂的制备及其催化性能。用四氯化钛、无水乙醇、氯化铁等分别制备磁基体Fe_(3)O_(4),以及Fe_(3)O_(4)与四氯化钛摩尔比为19∶1、9∶1、17∶3、4∶1的4种催化剂材料。将四硝基苯酚、硼氢化钠等作为待催化材料,用不同催化剂进行催化还原试验,用紫外-可见分光光度计、振动样品磁强计等测试催化剂的磁性能和催化性能。结果表明:4种催化剂均呈现出一定的磁强度,催化1 min后转化率均较高。其中,摩尔比为4∶1的催化剂磁性能更强,矫顽力可达0.54 A/m,为4组催化剂中最高,其催化时间更短,催化速率较快,在8次循环催化后仍保持99%以上的转化率。

绿色催化剂Al_(2)(SO_(4))_(3)•18H_(2)O合成乙酸乙酯

酯化反应是高中非常重要的实验,但是浓硫酸作为催化剂存在危险性高、副产物多、环境污染性强等缺点,将常见、便宜、低毒性、具有高效催化效率的Al_(2)(SO_(4))_(3)•18H_(2)O作为催化剂,利用无水乙醇和冰醋酸合成乙酸乙酯,反应结束后,Al_(2)(SO_(4))_(3)•18H_(2)O通过简单过滤即可回收利用,适合应用于中学课堂实验中。

Fe_3O_4纳米催化剂的制备及其F-T合成性能研究

基于溶剂热合成体系,制备了不同形貌的Fe3O4微球和纳米片催化剂,考察了水热合成条件对Fe3O4晶粒形貌的影响,并研究了Fe3O4纳米催化剂的费托合成(F-T)性能。结果表明,成核和晶体生长速率是控制Fe3O4晶体形貌的关键。与传统的沉淀铁催化剂相比,Fe3O4纳米催化剂更容易还原和向活性相转变,因此,具有更高的F-T反应活性、低碳烯烃选择性及C5+选择性;Fe3O4微球催化剂比纳米片催化剂更易维晶粒的稳定,具有更高的反应活性和稳定性。

磁性纳米TiO_2/SiO_2/Fe_3O_4光催化剂的制备及表征

以纳米Fe3O4磁粉为核心,采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/SiO2/Fe3O4复合光催化剂。用XRD、TEM及元素分析对其结构和表面形貌进行了表征。以具有偶氮染料结构的甲基橙水溶液为目标反应物,评价其光催化活性。结果表明,所制TiO2/SiO2/Fe3O4样品为双层包覆型结构,SiO2为中间层,最外层是锐钛矿型的TiO2。该复合光催化剂对甲基橙溶液有较高的光催化活性,并具有可利用其磁性回收重用的特点,应用前景广泛。

柑橘皮提取液绿色合成纳米Fe3O4及其吸附水中孔雀石绿的性能研究

以柑橘皮提取液为还原剂和稳定剂,绿色合成Fe3O4纳米材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射图谱(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等手段对材料进行表征,并考察了其对孔雀石绿(MG)的吸附性能。结果表明:绿色合成纳米Fe3O4呈不规则圆球体,分散性和结晶度较好。在投加量为1.0 g/L、初始pH为4、温度为25℃、初始浓度为20 mg/L时,对孔雀石绿的吸附率达到95.33%。纳米Fe3O4对MG的吸附过程分别符合准二级动力学方程和Langmuir等温方程。热力学研究表明,纳米Fe3O4吸附MG是自发吸热过程。绿色合成纳米Fe3O4重复利用4次吸附率仍在70%以上。

纳米TiO_2/Fe_3O_4光催化剂的制备及其在焦化废水处理中的初步应用研究

应用纳米光催化法处理高浓度焦化有机废水,大量对比试验结果表明,在实验室高曝气量、纳米TiO2/Fe3O4光催化紫外光照射条件下,焦化废水中的COD和氨氮降解率可达98.91%和77.35%。采用磁性Fe3O4复合TiO2得到的纳米TiO2/Fe3O4光催化材料,既保有悬浮态纳米TiO2的高催化活性,又便于回收再利用。纳米TiO2/Fe3O4光催化剂具有较好的光催化活性,在紫外光照射下,辅以充分的空气搅拌,可以实现高浓度有机废水的较深度处理,预计在高浓度有机废水处理中有较好的应用前景。

Cu-Mn/Fe_3O_4@SiO_2@KCC纳米催化剂制备及其催化臭氧化降解对苯二甲酸性能

采用微乳法及浸渍法合成负载型铜锰单分散核壳磁性纤维状纳米催化剂(Cu-Mn/Fe_3O_4@SiO_2@KCC),利用XRD、TEM、BET、VSM等手段对其表征;并通过构建类均相催化臭氧化降解对苯二甲酸(100 mg·L^(-1))的研究,考察其催化性能。结果表明:臭氧通入量13.92 mg·min^(-1)、催化剂投加量40 mg·L^(-1)和pH=9时,对苯二甲酸去除率高达90.97%,TOC去除率可达30%。五次循环试验后对苯二甲酸降解率仍稳定在88.23%。

Bi_(25)FeO_(40)/α-Fe_2O_3复合纳米颗粒光催化剂的制备与性能

采用溶剂热法,以聚酰胺-胺(PAMAM)树形分子为稳定剂,分别制备了Bi_(25)FeO_(40)和Bi_(25)FeO_(40)/α-Fe_2O_3复合纳米颗粒,并利用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)、比表面积和孔径分析仪(BET)和超导量子干涉磁强计等对其结构和性能进行了表征.结果表明,2种颗粒均为球形,尺寸均匀,粒径小于10 nm.当原料中Bi^(3+)/Fe^(3+)摩尔比为25∶1时,产物为Bi_(25)FeO_(40)纳米颗粒;Bi^(3+)/Fe^(3+)摩尔比为1∶1时,产物为Bi_(25)FeO_(40)/α-Fe_2O_3复合纳米颗粒.与Bi_(25)FeO_(40)纳米颗粒相比,Bi_(25)FeO_(40)/α-Fe_2O_3复合纳米颗粒的带隙变窄,对可见光吸收范围变宽,饱和磁化强度和光催化活性明显增强.这是由于复合颗粒中的α-Fe_2O_3具有超顺磁性,且两相界面存在的异质结构有利于光生载流子的分离和迁移,提高催化活性.2种纳米颗粒均可磁性回收,重复使用3次后催化活性下降较小.

纳米Fe_3O_4负载镍催化剂的制备及其催化加氢性能

采用Fe SO4·7H2O单一铁源,用改进的化学共沉淀法制备了四方体纳米Fe3O4粒子.以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板,通过溶胶-凝胶法制备了介孔二氧化硅包覆的Fe3O4纳米磁性粒子.以羰基镍(NTC)为镍源,制备磁性负载型金属镍催化剂Ni/MFe3O4(mesoporous Fe3O4).利用透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射花样(SAED)、X线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、振动磁强计(VSM)等手段对催化剂进行表征.结果表明,Ni/MFe3O4催化剂具有良好的催化活性.采用Ni/MFe3O4催化加氢9-苯蒽,9-环己基十四氢蒽的收率可达87.6%.

纳米光催化剂TiO_2/Fe_3O_4的制备及表征

采用两步法制备磁性负载纳米光催化剂TiO2/Fe3O4。首先用液相共沉淀法制备磁性纳米Fe3O4颗粒;然后用溶胶-凝胶法,以钛酸四正丁酯为先驱体,通过水解缩聚在Fe3O4纳米颗粒表面包覆TiO2层,得到易于磁分离回收的复合纳米光催化剂TiO2/Fe3O4,粒径大约为30 nm。利用TEM、XRD、FT-IR、VSM对Fe3O4和TiO2/Fe3O4的结构和性能进行了表征,结果表明,制备的Fe3O4为面心立方晶体(FCC)结构,具有超顺磁性;TiO2为锐钛矿相,包覆在Fe3O4的表面,形成了核-壳式结构的TiO2/Fe3O4复合光催化剂。

新型磁纳米固体催化剂Ca/Al/Fe_3O_4催化制备生物柴油

采用化学合成法制备了磁纳米Ca/Al/Fe_3O_4固体催化剂,并将其用于菜籽油与甲醇酯交换反应的研究。考察了磁纳米固体催化剂制备过程中Fe_3O_4搀杂量、煅烧温度、煅烧时间等条件对催化剂性能的影响,确定最优条件为n(Ca):n(Fe)=5:1、煅烧温度600℃、煅烧时间6 h。同时采用XRD、SEM、BET、VSM等手段对磁纳米固体催化剂进行了表征。实验结果表明,最优条件下制备的磁纳米固体催化剂催化酯交换反应所得甲酯收率达到98.71%,催化剂回收率在93%以上。与纯的固体铝酸钙催化剂相比,磁纳米复合催化剂具有更高的催化活性和独特而便捷的回收方式。

无碱CO_(2)加氢高效制甲酸Pd/g-C_(3)N_(4)催化剂的单原子和纳米簇的协同作用

气候变化威胁人类的生存.化石燃料的过度使用导致CO_(2)持续排放是引起全球变暖和气候变化的主要因素,须尽快减少CO_(2)排放.捕获CO_(2)并将其转化为高附加值的燃料和化学品从而循环利用是减少CO_(2)净排放的有效措施.其中,CO_(2)催化加氢制甲酸(HCOOH)是碳捕获与利用(CCU)的有效途径之一,其产物HCOOH可用于防腐剂、牲畜饲料抗菌剂和食品添加剂,也可作为氢载体和直接甲酸燃料电池的燃料.目前,工业上生产HCOOH的工艺包括两个步骤:甲醇和CO在强碱条件下反应生成甲酸甲酯(HCO_(2)CH_(3)),随后水解为HCOOH.该工艺利用来自化石燃料的两种原料,排放出大量CO_(2),同时在水解步骤中使用了过量的酸性水,因此对生态环境产生一定的危害.近年来,以CO_(2)为可再生原料合成HCOOH被广泛研究,人们探索了电化学、光化学、生物和热化学反应等多种途径将CO_(2)还原为HCOOH,以期实现CO_(2)循环利用.上述方法距实际应用尚有一定距离,其中,CO_(2)催化加氢制HCOOH过程最先进,它与当前许多化学工业过程相似.由于CO_(2)分子的化学稳定性,CO_(2)加氢生成HCOOH在热力学上不利,可通过有机碱和无机碱形成甲酸-碱配合物,推动反应向生成HCOOH方向移动.然而,从甲酸基配合物中提取HCOOH需要额外的分离步骤,因此在无碱条件下直接将CO_(2)加氢生成HCOOH非常重要.本课题组致力于研究无碱条件下g-C_(3)N_(4)负载的Pd(记为Pd/CN)催化剂催化CO_(2)加氢合成HCOOH,前期研究(Chem.Commun.,2016,52,14302-14305和J.Catal.,2021,396,395-401)发现,通过控制Pd负载量可改变催化剂中Pd单原子/Pd纳米团簇的比例,且当两种状态Pd达到最佳比例时,催化剂催化活性最高.这表明在无碱CO_(2)加氢过程中,Pd单原子与纳米团簇间存在协同作用.此外,最近有关于单原子和纳米团簇在负载金属催化剂中不同作用的报道,如NixMg1-xO催化逆水气变换反应,Ir1/In_(2)O_(3)和Pd/Fe_(3)O_(4)催化CO_(2)加氢制乙醇反应等,这些工作得出相似的结论:单原子金属对CO_(2)活化有效,而纳米团簇对H_(2)活化有效.这对于设计以CO_(2)和H_(2)为反应物的金属催化剂很重要.本工作旨在考察类似的机理是否适用于Pd/CN催化剂在无碱条件下催化CO_(2)加氢制HCOOH过程.通过控制Pd负载量,合成了含有不同比例Pd单原子和Pd纳米团簇的Pd/CN催化剂,Pd与g-C_(3)N_(4)表面碱性位间的强静电相互作用使合成含有大量Pd单原子的Pd/CN催化剂成为可能.在Pd/CN催化剂催化无碱CO_(2)加氢制HCOOH过程中,当两种状态Pd达到最佳比例时,Pd单原子和Pd纳米簇之间存在协同作用,此时催化剂活性最高.实验表明,Pd纳米簇主要通过解离吸附参与H_(2)活化,Pd单原子对CO_(2)活化更有效.在最佳单原子比(单原子数/(单原子数+纳米簇)为41%)时,该催化剂表现出最高的活性,优于文献报道的相似反应条件下Pd催化剂活性.这些发现将为以CO_(2)和H_(2)分子为反应物的反应的催化剂设计提供一定的参考.

纳米Fe-g-C3N4的制备及其光催化降解Cr(VI)的性能研究

随着工业的发展,大量的工厂将含铬Cr(VI)废水排放至河流湖泊中,使得水体污染愈加严重,生态问题日益严峻,环境污染问题也越来越引起人们的注意。因Fe-g-C3N4材料具有制备工艺简单、原始材料成本低、绿色环保、降解性能较好等优点,在光催化领域值得我们研究。本论文通过元素掺杂和形貌调控的手段对CN的组成和结构进行了改良,主要探究Fe-g-C3N4对模拟工业污水中重金属离子Cr(VI)的降解,并对光催化的部分规律通过控制变量法逐个探究和总结。研究结果表明,将原料三聚氰胺换为尿素可有效的降低合成光催化剂的成本;(a/b/c)Fe-g-C3N4对光催化性能的影响中,实验中mFe = 2 g时,降解效果较好;在不同pH实验中,pH = 3时,降解效果较好;在等体积的拟废水溶液中,并不是光催化剂添加的越多,光催化性能越好。虽然降解程度相近,m = 1.5 g时降解效果较好。

纳米TiO_2掺杂Fe_3O_4光催化剂活性的研究

制备了Fe3 O4掺杂纳米TiO2 光催化剂 ,当Fe3 O4量与TiO2 摩尔比为 0 .5 :10 0时 ,在 30 0℃焙烧 ,催化剂用量为 1.0g·L-1时对甲基橙的水溶液分解效果最佳。SEM、XRD及紫外 -可见光谱分析表明 ,纳米粒子均匀 ,平均粒径 80nm ,有一定团聚 ,掺杂催化剂有一定红移。研究了掺Fe3 O4量 ,焙烧温度 ,溶液的pH值 ,溶液的体积 ,氧化剂的加入等对催化剂降解的影响。紫外光辐射实验表明Fe3 O4的掺入对光催化降解率有一定的提高 ,反复使用不降低催化剂的活性。

羟基修饰的磁性纳米Fe_3O_4负载钯催化剂的合成

采用水热法合成了具有超顺磁性的纳米Fe3O4,对其表面进行羟基修饰后负载纳米钯催化剂,并将其应用于苯硼酸与溴苯的Suzuki交叉偶联反应,考察所得负载催化剂的催化性能及循环利用效果。研究结果表明:在80℃、2 h反应条件下,溴苯的转化率可达92.7%。

Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的制备及其N_(2)O催化分解性能

以MMT为载体,采用原位聚合-配位沉积法制备3种不同Co负载量的Co_(3)O_(4)-MMT催化剂。采用N 2物理吸附、XRD和TEM对载体和催化剂进行表征,并在连续流动微反装置上考察其N_(2)O催化分解性能。结果表明,与Co_(3)O_(4)催化剂相比,Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的比表面积显著增大,且活性组分Co_(3)O_(4)具有较高的分散状态。Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的催化活性随着Co含量的增加先升后降,其中0.015Co-MMT表现出最佳的催化活性,其活性远高于Co_(3)O_(4)催化剂,同时,该催化剂还表现出良好的催化稳定性和较好的杂质气体耐受性。

磁性纳米复合光催化剂Bi_2O_3/Fe_3O_4的制备及其光催化活性研究

以纳米Fe3O4磁粉为载体,采用溶胶-沉淀法成功地制备了Bi2O3/Fe3O4磁性纳米复合光催化剂.用SEM和XRD对其形貌和结构进行表征,并以偶氮染料甲基橙溶液的光催化降解,来评价Bi2O3/Fe3O4磁性纳米复合光催化剂的光催化活性.结果表明,Bi2O3比较均匀地包覆在Fe3O4粒子的表面,在合成过程中Fe3O4的结构和大小几乎没有发生变化.该复合光催化剂具有较高的光催化活性,在500W Xe灯照射60min后,使甲基橙的降解率达到91.5%,并具有可利用其磁性回收重用的特点,应用前景广泛.

纳米Fe_3O_4@Te@Pd核壳催化剂的制备及催化合成烯基膦酸酯性能研究

采用水热法制备了铁磁性核的多相纳米Fe_3O_4@Te@Pd核壳催化剂,通过扫描电镜、能谱对催化剂的微观形貌和元素组成进行表征,以合成烯基膦酸酯的反应评价催化剂的催化性能。制备的Fe_3O_4@Te@Pd核壳催化剂与均相钯催化剂(如Pd(PPh_3)_4)相比,前者重复回收利用多达8次,每次催化反应产物收率都在96.8%以上。