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本文主要从以下几个方面进行论述: (一) 碳纳米管具有独特的物理化学性能,在催化领域一直备受关注。作为载体,碳纳米管具有合适的孔径分布,有利于金属的分散;化学性质稳定,有利于进行表面调控;碳管的结构缺陷,有利于负载和组装活性组分。本文以碳纳米管为载体,利用自发氧化还原制备负载双金属型催化剂,对催化剂的合成方法、表征,催化性能和机理展开了系列研究。 1.利用简便的自发氧化还原法制备了碳纳米管负载双金属复合型催化剂(Mn-K/MWCNTs)。XRD表征显示测试不到K的信号,高分散的K起着分散Mn的作用;Mn物种在催化剂中以MnO2的形式负载到碳纳米管的缺陷位上,反应后MnO2成为MnO; H2-TPR和XPS等研究结果表明,MnO2和MWCNTs之间存在强相互作用。 2.双金属复合型催化剂Mn-K/MWCNTs在无氧化剂条件下催化乙苯脱氢显示了很好的催化活性。研究结果表明,MnO2中的品格氧参与了乙苯脱氢反应,形成了表面氧空缺,催化剂中的K起着稳定催化活性的重要作用。 3.催化机理研究表明,该复合型催化剂催化过程实际上是晶格氧和碳纳米管表面的含氧基团在结构缺陷的协同作用下的氧化脱氢过程。MnO2和MWCNTs之间的强相互作用促进了晶格氧和氧空缺的形成,因此由自发氧化还原形成的双金属复合物显示了比其他载体得到的类似材料更高的氧化脱氢催化活性。 (二) 我们前期的工作表明,天然矿物水镁石在催化臭氧化降解活性艳红染料X-3B、苯胺、硝基苯以及苯酚等过程,显示了很好的催化活性。然而,在实际应用中,这种既经济又没有带来二次污染的天然矿物的使用寿命以及再生性能直接影响运营成本和使用效率。因此,本论文从实际应用出发,研究了水镁石催化臭氧化降解模拟工业苯胺废水的使用寿命和再生机理。 1.水镁石在催化臭氧化降解有机类污染物中显示了可以重复使用六次和再生后再使用六次的优越的性能。催化剂失活和再生过程为:在反应过程中形成的氢氧化镁,以及小的有机酸分子覆盖了活性中心,使催化剂失活;通过高温煅烧,有机酸性杂质被除去,氢氧化镁被转变成氧化镁而显现催化活性。 2.水镁石不仅对模拟废水具有很好的催化效果,而且对实际废水也有良好的催化活性,该研究为廉价的天然矿物对化工企业处理一级芳烃类废水的实际应用提供了可能性。