活性炭负载铂催化剂实验报告

活性炭负载铂催化剂的制备及活性测定摘要：用硼氢化钠还原氯钳酸制备了活性炭负载钳催化剂（Pt/C）,并通过催化剂对硝基苯催化加氢制备苯胺来测定催化剂的活性，实验结果表明，用该方法制备的催化剂有较高的活性。关键词：活性炭，钳，硝基苯，苯胺，催化剂在化学工业中，炭材料是一类使用广泛的催化剂载体。它具有许多优良的特性，比如成本低廉，在酸碱介质中稳定性好，活性组分（特别是贵金属钳等）能够有效回收等［1］。同时，由于炭材料的种类繁多，性质各有不同，所以如何制备高分散度、高活性的催化剂是工业催化研究面临的一个重要问题。炭材料一般具有较大的比表面积和孔体积，有利于活性金属组分钳分散在其表面。由于钳资源的匮乏，价格昂贵，必须采用适当的制备方法和工艺条件来减少钳粒子金属颗粒尺寸，增大钳粒子在载体上的分散度，提高催化剂的活性和钳利用率。对于炭负载钳催化剂来说，制备方法一般有浸渍法、离子交换法、胶体法、微乳液法等。近些年来，国内外许多研究人员已在该领域作出了大量的努力。王莲鸳等人以200〜300目的活性炭为载体，氯钳酸为前驱体溶液，甲醛为还原剂，在碱性条件下制得的1%Pt/C催化剂的钳金属颗粒大小为2〜12nm左右⑵。刘东志采用活性炭为载体，乙醇为浸渍液，与氯钳酸溶液混合，通入氢气还原至无氯化氢气体放出，然后在氮气保护下降至室温，制得钳含量为3%的催化剂。PAP收率为68%，选择性亦可达90%以上。在套用12次后，催化剂的活性没有发生太大的变化，当套用20次以后，PAP的收率逐渐下降到20%左右，表明催化剂的活性已明显降低⑶。

刘卫锋等将异丙醇分散的炭载体VXC-72放人2.0mol/L的KMnOq溶液中，搅拌并加热至70°C。抽滤烘干，然后用4mol/L的盐酸溶液浸泡：抽滤烘干，然后按照计算量加入到配制的Pt(NH3)4C12溶液中，交换反应1h。抽滤烘干，然后将之放入管式炉，在N2保护中用H2程序升温还原，得到炭载伯催化剂。由此方法制备的3%Pt/C催化剂对氢的活性与浸渍法制备的10%Pt/C催化剂对氢的活性相当⑷。Petrow等人通过胶体法制备了炭载伯和炭载伯钉催化剂。首先将氯铂酸制备成Na[Pt(SO3)4]，然后通过离子交换，将Na[Pt(SO3)4]中的钠离子交换成氢离子，空气中加热煮沸，释放掉多余的亚硫酸根离子，最后在一定温度干燥制得PtO2黑色胶体，该胶体再次分散到水或者其它溶剂中，从而可以很容易担载到各类载体上。这种方法可以制成1.5〜2.5nm的Pt/C催化剂⑸。我们采用了硼氢化钠在碱性条件下制备负载伯催化剂，并通过催化剂对硝基苯催化加氢制备苯胺来测定催化剂的活性。1实验部分1.1实验原理在碱性条件下，硼氢化钠能将氯伯酸还原成伯，从而容易被活性炭吸附，形成负载伯催化剂，方程式如下:NaBH4+2H2PtCl6+12NaOH=2Pt+12NaCl+NaB(OH)4+8H2O负载伯催化剂的活性是采用催化剂对硝基苯催化加氢制备苯胺测定的，反应方程式如下:—|—2H2—|—2H2O1.2实验试剂及仪器1.2.1实验试剂活性炭，氢氧化钠固体，硼氢化钠固体，硝酸65%，氯伯酸0.0772mol/L,硝基苯，乙醇，氢气，氮气1.2.2实验仪器电子天平，PH试纸，循环水式真空泵，电热干燥箱，气相色谱仪，恒温水浴槽1.3实验装置1.3.1催化剂的制备 1.3.2催化剂活性测定催化剂的制备装置图 催化剂的活性测定装置图1.4实验过程1.4.1催化剂的制备配制30%的硝酸溶液，在三口瓶中加入1g活性炭和8ml30%的硝酸溶液，在90°C-100°C下搅拌回流3h,用蒸馏水洗至中性，过滤，110°C烘干，即得活性炭载体。于100ml三口瓶中加入0.12g活性炭载体，搅拌下加入0.4ml0.0772mol/L氯铂酸，加入NaOH溶液调节PH至9,加入1.5mgNaBH4固体，室温下搅拌3h。向其中滴加稀硫酸至无气泡产生，过滤，洗涤至无Cl，于80C下干燥5h，备用。1.4.2催化剂的活性测定配制含硝基苯1%的乙醇溶液，向100ml三口瓶中加入40ml该溶液，0.04gPt/C催化剂，系统密闭后，控制水温30C，向溶液中通入氢气，反应每隔半小时取样，进行气相色谱分析，记录数据，待观察到生成苯胺的含量不再有明显变化时停止反应。2实验结果与讨论2.1实验结果反应时间(min)硝基苯相对含量％苯胺相对含量％副产物相对含量％转化率％0100.000.000.000.003086.0014.000.0014.006051.5349.060.0049.069024.7162.4712.8262.4712025.7763.6710.5663.6715025.3965.219.3965.21

转化率随时间变化曲线时间min100.00时间min80.0060.0040.0020.000.002.2实验结果讨论由实验结果可以看出，反应的转化率在反应开始阶段不断增大，反应到90分钟以后转化率基本不变，催化反应结束，转化率最后为65.21%。由于反应时间较长，所以制备的负载伯催化剂的活性不是太强，原因可能是由于在制备催化剂的过程中由于没有做氮气保护，所以硼氢化钠在反应过程中有一部分会被空气氧化，导致活性炭上的伯负载量会偏低，导致活性降低。另外，反应的副产物应该是亚硝基苯。3结论综上所述，用硼氢化钠还原制成的活性炭负载伯催化剂有较高的活性，制备过程中对于硼氢化钠防氧化的保护是提高催化剂活性的关键。参考文献Rodriguez—ReinosoF.In：PatrickJWed.PorosityinCarbon：CharacterizationandApplications.NewYork：HalstedPress，1995,253王莲鸳，程振兴，硝基苯加氢合成对氨基酚用负载铂催化剂的制备，催化学报，2002,23(1)：19-23刘东志，肖义，硝基苯催化加氢制备对氨基酚的研究，染料工业，1998,35(4)：14-16刘卫锋，胡军，Pt/C催化剂的制备与评价，电源技术，2005，