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活性炭负载金属催化剂的研究进展华鹏飞;蒋雨涛;陶雪芬【摘要】活性炭作为一种优良的催化剂载体被广泛应用于催化领域，其经酸碱预处理或氧化预处理后表面可负载一种或多种金属催化剂，是优化各种金属催化剂性能的有效方法之一。
为给今后活性炭载体催化剂的研发提供一些参考和方向，从单一金属催化剂负载和复合金属催化剂负载的制备、催化活性及应用着手，对近年来新制备的活性炭负载金属催化剂进行综述。
%Activated carbon as an excellent catalyst carrier is widely used in catalyst industry. After the pre-treatment of alkali or oxidation, it can load one or multiple metal catalysts to optimize the performance of various metals. In this paper, research progress of carbon support single-metal and multi-metal catalysts was discussed from the aspects of preparation methods, catalytic activities and application.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2016(045)009【总页数】3页(P2214-2216)【关键词】活性炭;有效负载;单一金属催化剂;复合金属催化剂【作者】华鹏飞;蒋雨涛;陶雪芬【作者单位】台州职业技术学院，浙江台州 310008;台州职业技术学院，浙江台州 310008;台州职业技术学院，浙江台州 310008【正文语种】中文【中图分类】TQ424活性炭是一种具有极丰富孔隙构造和高比表面积的多孔状炭化物，能够被动吸附一些污染物到自己的孔隙中，是目前使用最为广泛的吸附剂。
微波辅助高温热解法制备活性炭的研究活性炭是现代社会中常用的一种环保材料，它具有多孔、比表面积大、吸附能力强等特点，广泛应用于气体净化、水处理、药品及化工工业等领域。
目前，常见的活性炭制备方法有物理法和化学法。
其中，热解法是一种常用的物理法，它通过高温下将原料（如木材、秸秆等）热解得到活性炭。
但是，在现有的热解方法中，存在能耗高、反应时间长等问题，且所得活性炭孔径不均匀，影响了其吸附性能。
为了解决这些问题，近年来，微波辅助高温热解法逐渐引起了研究人员的关注。
微波辅助高温热解法是利用微波的频率和功率作用在热解物上，使热解物内部同时加热，达到短时间内高温热解的目的。
相比传统的热解方法，微波辅助高温热解法具有反应温度高、反应时间短、能耗低等优点，同时能够控制孔径大小和分布，提高活性炭的吸附性能。
研究人员通过实验，发现微波辅助高温热解法能够显著提高活性炭的比表面积和孔径分布。
比如，一些研究表明，在相同的热解条件下，微波辅助高温热解法所得的活性炭比表面积可提高20%-30%，孔径分布可更加均匀。
这主要是由于微波的加热作用能够在较短时间内达到高温，使原料中的杂质和水分得到蒸发，从而减少了孔隙的阻塞。
此外，微波辅助高温热解法还可以实现对活性炭孔径大小的调控。
通过调节微波的功率和反应时间，可以控制活性炭的孔径大小和分布。
比如，一些研究表明，在微波功率为600W、反应时间为10min的条件下，所得的活性炭孔径大小分布范围在0.5nm~2.0nm之间，孔径分布较为均匀。
这对于一些特定的应用领域来说，具有重要的意义。
总的来说，微波辅助高温热解法是一种具有广阔应用前景的活性炭制备方法。
它能够提高活性炭的比表面积和孔径分布，提高其吸附性能，同时能够实现对孔径大小的调控。
虽然目前研究还处于实验室阶段，但是相信在不久的将来，微波辅助高温热解法将会得到广泛应用，为活性炭制备及应用领域带来新的机遇和挑战。
大连理工大学科技成果——载金活性炭微波再生技术
一、产品和技术简介：
活性炭微波再生技术是近十年发展起来的一种活性炭再生新技术。
与其他热法再生技术相比，具有再生时间短、效率高、能耗低、工艺简单、操作简便、不污染环境，并且得到的再生炭吸附性能恢复率高、强度和粒度不发生改变、炭损失率极低，可明显的降低或减少活性炭再生的生产与操作费用。
是一种高效、节能、低成本、简单易操作、不污染环境的活性炭再生新技术。
我们在实验室研究工作的基础上，开发了连续式载金活性炭微波再生工艺技术，以简化再生工艺，提高生产效率，降低能耗，降低活性炭的再生成本，为载金活性炭的再生提供一条新的途径。
本技术已申请国家专利。
二、应用范围：
本技术既适应于载金活性炭的再生，也适宜于其他各种用途活性炭的再生。
三、规模与投资、成本估算：
生产能力为1000吨的活性炭再生车间为例：
设备总投资额预计为：60万元；
生产成本预计为：200元/T（不考虑活性炭原料的成本）；
400元/T（考虑活性炭原料的成本）；
若价格销售：1000元/T，则销售收入：100万元/年；
净利润额为：60～80万元；
投资回收期预计为：9～12个月；本技术可在短时间内收回投资，
具有明显的经济效益。
目前，在我国的黄金生产中，大多数都采用炭浆提金工艺技术生产黄金。
如果采用微波再生技术处理载金活性炭将大大降低活性炭的再生成本，显着的提高黄金生产的经济效益。
可见，活性炭微波再生技术有非常广阔的推广应用前景。
四、提供技术的程度和合作方式：
技术转让及合作开发。
一种制备金属有机催化剂的方法金属有机催化剂是一种广泛应用于有机合成领域的催化剂。
传统的制备方法需要高温高压、昂贵的金属原料以及有毒的有机物质等条件，制备过程繁琐复杂。
然而，随着人们对环境友好型和经济型可持续发展要求的提高，研究人员提出了一种新的金属有机催化剂制备方法：通过微波辅助合成金属有机催化剂。
本文将对这种方法进行探讨。
1. 微波合成金属有机催化剂的原理微波辅助合成是通过微波辐射能使反应物分子中产生热能，从而促进反应的进行。
在本方法中，我们利用微波辐射加速合成金属有机催化剂的过程。
具体来说，我们首先通过化学还原法获得金属催化剂的前体，然后将其与有机配体在微波辐射下反应。
由于微波辐射的瞬时性、均匀性和高效性，反应速度可以大大提高，同时反应温度也可以降低。
值得一提的是，微波辐射下反应产生的热量集中在反应体系中，而不是周围环境中。
因此，本方法具有快速、高效、节能的优点。
同时，微波合成过程中反应物质的损失较少，可以产生更高纯度的金属有机催化剂。
2. 微波合成金属有机催化剂的特点与传统的制备方法相比，将微波辅助应用于金属有机催化剂的制备具有以下显著特点。
首先，微波合成的优点是快速性。
在微波辐射下，反应物质分子中的热能迅速升高，促进了反应的进行。
相对于传统的制备方法，微波合成可以大大缩短合成过程的时间。
其次，微波合成还具有高效性。
在微波辐射下，反应物质的分子之间能发生互相作用，如共振、旋转等，从而产生足够的热量，提高反应速率。
这种快速反应机制在制备金属有机催化剂时尤其重要。
另外，微波合成还具有节能的优点。
在微波辐射下，反应物质的分子中产生的热量被集中于反应体系内部，在周围环境中几乎没有热量损失。
相对于传统的制备方法，这种快速的热量传递方式降低了反应的能耗。
最后，微波合成能够产生更高纯度的金属有机催化剂。
在微波合成中，反应物质几乎不受外界的污染，可以有效地避免污染物的加入。
这种无污染的制备方法更加符合现代化和可持续发展的要求。
活性炭包覆型催化剂的研制及应用随着科学技术的发展，人们对环境污染的认识越来越深刻。
在许多的环境污染源中，汽车尾气、工厂废气和燃煤等能源都是导致大气环境污染的主要因素之一。
因此，如何降低空气中的有害物质含量已成为人们关注的热点。
而催化剂则是有效减少空气污染的一种方法，科学家们也在不断探索更高效的催化剂研究方式，其中活性炭包覆型催化剂的研制和应用受到了广泛关注。
一、活性炭包覆型催化剂的基本概念活性炭包覆型催化剂即是将活性炭作为载体，将其表面覆盖催化剂，把其两者进行结合，从而获得一种新型催化剂。
与常规催化剂相比，它具有很多的优势，如更好的吸附性能、较好的稳定性和较高的催化效率等。
常用的活性炭包覆型催化剂绝大多数都是金属催化剂和非金属催化剂，其中金属催化剂被广泛应用于废气净化和汽车尾气净化等领域，非金属催化剂则多用于清除直接产生空气污染物的燃料和化学工业废气。
二、活性炭包覆型催化剂的研制和应用活性炭包覆型催化剂的研制过程是一个复杂的过程，需要科学家们团结合作，从催化剂的选择、活性炭的处理及有效成分负载到最终的制备工艺，都需要经过多次的试验和探索才能确保催化剂的效果和质量。
在活性炭包覆型催化剂的应用方面，它在净化空气中的应用已经得到广泛认可。
例如在工厂废气净化处理、汽车尾气净化处理等领域，都有着很好的效果。
相比其他的催化剂，它能够更有效地减少空气中有害气体的排放，即使在恶劣的环境下，也能保持有效的催化效果。
三、活性炭包覆型催化剂的展望活性炭包覆型催化剂的研制和应用是很有前途的，它在促进环保事业方面有着重要作用。
随着研究的深入，科学家们也在不断探索新的制备方法，以提升其催化效率和稳定性，并探讨其在其他领域的应用。
此外，京津冀及周边地区、长江沿线省市、珠三角地区等城市群更是加大了对活性炭包覆型催化剂的应用和研究力度，以延长它在环保事业中所产生的巨大贡献。
结语活性炭包覆型催化剂的研制和应用是一个日趋热门的话题，未来还将有着广泛的应用前景。
活性炭载金属催化剂的微波法制备、表征和应用学生姓名：王妙刚指导教师：卜龙利（环境与市政工程学院环境工程专业）【摘 要】:本文利用微波法制备炭载金属（铜和锰）催化剂并考察了微波功率对催化剂制备的影响，对所制备的催化剂进行了SEM、XRD等表征分析；此外利用制备的催化剂进行了微波辅助催化湿式空气氧化处理高浓度苯酚溶液的研究。
结果表明，微波法制备炭载铜和炭载锰催化剂的最佳微波功率分别为300 W 和400 W；炭载铜催化剂微波辅助催化湿式空气氧化处理苯酚溶液的去除率可达95%。
【关键词】:炭载金属催化剂；微波；苯酚；催化湿式空气氧化【Abstract】: Carbon-supported metal(Copper and Manganese)catalysts were prepared using microwave energy, and the effect of microwave power on the catalysts was investigated in this paper. The catalysts were characterized and analyzed by SEM and XRD etc. In addition, the prepared catalysts were applied to treat phenol solution with high concentration by microwave assisted catalytic wet air oxidation. The result showed that the optimum microwave powers for preparing carbon-supported copper/manganese catalysts were 300W and 400W respectively, and the removal efficiency of phenol was up to 95% by microwave-assisted catalytic wet air oxidation with carbon-supported copper catalyst.【Keywords】: Carbon-supported metal catalyst,Microwave, Phenol, Catalytic wet air oxidation1 国内外研究进展1．1 催化剂近代化学工业，特别是煤和石油化工的飞速发展，数以千计的化学原料和商品生产都与催化学科的技术成就、催化剂的开发密切相关；另外，现代人类面临的许多困难，像能源、自然资源的开发以及污染等问题的解决，也都部分地依赖于催化过程。
因此，催化过程及催化剂的研究使用受到世界各国政府、产业部门和科研机构的重视，可以说，催化化学及催化剂在国民经济中具有十分重要的意义。
在此，对催化剂的相关知识作一简介。
1．1．1 催化剂定义关于催化剂定义的文字表述尽管还有不同，但就基本意思而言是一致的。
因而，可对催化剂定义[1]如下：在一个反应体系中，若存在某一种物质，可使反应速率明显变化（增加或减少），而其本身的化学性质和数量在反应前后基本保持不变，这种物质称为催化剂。
1．1．2 催化剂制备由于催化剂广泛应用于许多行业部门，关于催化剂的制备也就成了广大化学工作者普遍关心的问题。
催化剂的制备方法[2]有浸渍法、沉淀法、混合法、熔融法、溶胶-凝胶法（Sol-Gel）、化学气相沉积法（CVD）等。
至于选择何种方法，以制备的难易程度、产物的均匀性、催化剂的稳定性和良好的重现性作为前提。
1．1．3 催化剂表征催化剂的表征是指通过一定的分析测试手段对催化剂及其载体的形貌结构、晶体形态、粒子形态及化学组成等进行检测分析，从而确定其性能的优劣。
表征催化剂以及了解在催化反应过程中所起的作用，是开发新的催化剂必不可少的步骤。
目前，常用的表征手段[3]主要有扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线能谱分析（EDX）等。
通过这几种测试技术的综合使用，可以对催化剂的形貌结构、晶相结构、微结构及组成等进行一个较全面的表征。
1．1．4 活性炭载金属催化剂活性炭（Activated Carbon, AC）具有比表面大、孔隙充沛、表面化学性质复杂等特点，而且本身也可作为催化剂，因而活性炭常用作催化剂载体（主要负载金属催化剂）。
炭载金属催化剂的微波法制备[4]是在传统的浸渍法的基础上发展的。
浸渍法是基于活性组分（含助催化剂）以盐溶液形态浸渍到多孔载体上并渗透到内表面，当浸渍平衡后，去掉剩余液体，再进行与沉淀法相同的干燥、焙烧、活化等工序后处理而形成高效催化剂的原理。
微波法与其不同的是在催化剂制备的干燥和煅烧阶段引入微波辐射。
炭载金属催化剂作为一种具有潜力的新型高效催化剂，目前已经在一些领域尤其是在环保方面有所应用，国内外许多专家人士对其应用及其性能进行了研究，并取得了一些成果[5]。
1．2 微波技术1．2．1 微波及其加热特点微波(microwave，MW)是频率大约在300 MHz～300 GHz，即波长介于1 m～1 mm范围内的电磁波。
微波最显著的作用是其热效应和诱导催化效应。
微波加热是一种体加热，与传统加热相比，微波加热速度快，加热均匀，节能高效，设备简单，易于控制。
1．2．2 微波技术的应用微波最早应用于军事，而后进入人类社会各个领域。
目前，微波技术已广泛应用于有机化学、无机化学、材料制备、催化科学、石油工业和冶金等领域。
将微波技术用于环境保护领域是近十几年来一项新兴的研究领域，目前大多尚处于实验室研究阶段[6]。
1．3 含酚废水的危害及处理方法酚类化合物是重要的化工原料，也是染料、医药等化工产品生产的重要中间体。
含酚废水的不达标排放可对人们的正常生活造成严重影响，并会危及人体健康，而且严重破坏自然生态环境，造成严重的环境污染。
目前，含酚废水的防治已引起世界各国的普遍重视[7]。
含酚废水的处理方法综合起来主要包括生物法、物理法、化学法以及联合处理技术等。
其中生物法仅适用于低浓度含酚废水的处理，比较耗时。
物理法只是将酚从废水中分离出来，不能实现真正降解。
化学法处理成本费用较高，并存在二次污染的问题。
联合技术将不同的技术结合，能扬长避短、优势互补，取得更好的处理效果。
2 研究的意义、目的和内容2．1 研究的目的和意义本文利用微波法制备炭载金属催化剂，并在制备过程中控制微波功率，通过对催化剂进行表征，以期得出微波法制备炭载金属催化剂的最佳条件，为微波技术在催化剂制备领域的应用进行一些有益的研究探索；利用微波技术与催化湿式空气氧化（CWAO）相结合的新技术－微波辅助催化湿式空气氧化（Microwave assisted Catalytic Wet Air Oxidation，MCWAO）在常压下处理高浓度含酚废水，以期为这种新技术的研究应用提供一些基础和依据。
2．2 研究的内容（1）利用微波法制备活性炭载铜和载锰催化剂(Cu/AC和Mn/AC)并考察微波功率对制备的影响；（2）对制备的催化剂进行表征（SEM，EDX和XRD等）；（3）炭载铜和载锰催化剂(Cu/AC和Mn/AC)微波辅助催化湿式氧化处理苯酚溶液，考察不同条件下的处理效果及催化剂的持久性。
（4）处理后溶液进行产物鉴定及考察反应过程中的金属溶出问题。
3 活性炭负载金属催化剂的微波法制备及表征3．1 活性炭负载金属催化剂的微波法制备3．1．1 实验装置本研究中的实验装置由改装微波炉、石英反应器、调压器、氮气瓶和尾气吸收瓶组成（见图1）。
所用微波炉为一台改装的家用微波炉，炉腔上下开孔，具有连续可调功率设置，功率的大小通过电流表指示。
微波炉中安装一石英反应器(内径为28mm)，在石英反应器的底部有一打孔筛板，用于承托颗粒活性炭。
反应器下部由塑料软管与氮气瓶相连，利用气体流量计控制氮气流量。
制备过程中产生的气体及氮气由反应器的上部排出，利用塑料软管与尾气吸收瓶(碱液吸收瓶内装1000 mL 浓度为0.1mol/L 的NaOH 溶液，水吸收瓶内装1000 mL 水)相连，产生的废气分两级进行吸收。
3．1．2 催化剂的制备方法炭载铜/锰催化剂的制备方法如图2所示。
将预处理过的活性炭浸渍在硝酸铜/锰溶液中，其中铜/锰与活性炭的质量比为5%；混合后的溶液在摇床上以140rpm 的转速摇4h ，以确保混合均匀，然后再于微波炉内400W 间歇下蒸至近干，冷却至室温；将载有硝酸铜/锰的活性炭装入石英玻璃管中，管下端通氮气，以防止活性炭加热过程中min(现，收液吸收)化剂)。
3．2 化，3．2．1 X 图3 活性炭的EDX 图图1 炭载金属催化剂的微波法制备装置1、调压变压器2、反应管3、微波炉4、气体流量计5、氮气瓶6、碱液吸收瓶7、水吸收瓶图4 Cu/AC 的EDX 图 图5 Mn/AC 的EDX 图由图3可知，活性炭的成分较复杂，主要有C 、O 、Al 、Si 、S 、Cl 、Ca 、Fe 等。
图4，图5与图3比较可看出，Cu/AC 和Mn/AC 上分别成功载上了铜和锰。
3．2．2 扫描电子显微镜分析图6 Cu/AC 的SEM 图 图7 Mn/AC 的SEM 图由图6和图7可以看出，活性炭表面凹凸不平，金属铜和锰或其氧化物各自以大小不等的球形颗粒分散在活性炭表面；Cu/AC 表面铜颗粒分布密集且大小均匀，Mn/AC 表面锰颗粒形状不规则且大小不一。
3．2．3 X 射线衍射分析对制备的两种催化剂进行XRD 分析，结果见图8和图9。
由图8可见，制备的Cu/AC 催化剂在2θ为43.2º、50.34º、70.01º时出现强的吸收峰。
而43.2º、50.34º和70.01º则为单质铜特征峰的出峰位置，43.2º为其主峰，因而很好图8 Cu/AC 催化剂的XRD 图 地证明了制得的Cu/AC 催化剂中铜为单质铜。
同时也由图可看出制得的催化剂中晶体结晶度为16.06%，推测主要为单质铜的晶体。
Energy (keV)01020304050ps COAl Si SMn MnEnergy (keV)010203040cpsC OCu Al SiSFeCuCu由图9可以看出，制备的Mn/AC 催化剂在2θ为43º出现较弱的吸收峰。
而锰单质特征峰的出峰位置为43º、45.4º、47.7 º、 76.98º、82.2º(或 43º、47.8º、52.3º、 78.88º)，43º为其主峰，说明制得图9 Mn/AC 催化剂的XRD 图 的催化剂中有锰单质的存在。
