活性炭气凝胶的制备技巧和应用、活性炭催化剂对苯酚叔丁基化的机能

[1970-01-01]

活性炭催化剂对苯酚叔丁基化的机能


苯酚的叔丁基化具备紧张的产业好处。凭据需要,产业界每一年预计需要的苯酚烷基化产物量大概为450,000吨以上。由苯酚的烷基化获取的产物,比方单和二烷基化的苯酚,对合成紫外线吸取剂,酚醛树脂和制造抗氧化剂具备庞大的需要。本文经历原位碳化和磺化法合成了磺化活性炭催化剂,用于苯酚的叔丁基化反馈。本钻研关联了催化剂形状与适宜的催化应用之间的干系,该应用波及大分子转化,比方苯酚的液相丁基化。   
催化机能钻研:平时,苯酚的叔丁基化平时在较高的反馈温度下举行。在固体酸催化剂的存鄙人,叔丁醇(TBA)与苯酚的反馈要紧产生三种产物,即2,4-二叔丁基苯酚(2,4-DTBP),4-叔丁基苯酚(4-TBP)和2-叔丁基苯酚(2-TBP)。在本钻研中,咱们在帕尔反馈釜中举行了液相苯酚丁基化反馈。而后评价合成质料在90-160 °C的温度局限内无溶剂液相烷基化反馈7小时的反馈时间,此中苯酚与TBA的摩尔比为1:2.5,催化剂为5 wt%(总反馈夹杂物(苯酚+待定))。将反馈夹杂物转移到反馈器中,并用氮气将其加压至2巴。而后,经历PID掌握法式迟钝加热使温度抬高到所需温度。7小时后网页反馈产物,经历过滤分开用过的催化剂,用乙醇洗濯,在120 ℃干涸,并重叠应用五次。应用气相色谱仪剖析反馈产物。   
催化剂表征:种种尺寸的活性炭滤料和磺化炭的SEM图像形状如图1所示。ACT-C和SUL-C催化剂的SEM图像评释,白点代表无机因素。从图像可以或许看出,活性炭具备不规律的致密布局,而颗粒看起来像具备滑腻外貌的颗粒。图2表现了ACT-C和SUL-C催化剂的EDX图,并调查到SUL-C图中存在硫。别的,在ACT-C和SUL-C的图中,另有少许分外的峰波及杂质,因为碳源是废料生物资,因此大概存在这些杂质。如图3所示,经历TEM剖析了活性炭和磺化炭的形状和布局。该TEM图像ACT-C催化剂的“A”显露仅存在微孔,而SULC催化剂则表现了“微孔”和“中孔”,这是因为活性炭质料上的磺化好处所致,在活性炭质料中产生了中孔。   图1:活性炭(ACT-C)和磺化活性炭(SUL-C)催化剂的SEM图像。   图2:EDX用于ACT-C和SUL-C。   图3:TEM图像为ACT-C和SUL-C的催化剂。   
活性炭催化剂对苯酚叔丁基化的机能:将合成的激活和磺化的活性炭被用于经历苯酚烷基化吨丁基醇。所得产物为2-TBP,4-TBP和2.4-TBP。在图4中给出了经历叔丁醇使苯酚烷基化的反馈计划。在90-160 °C的温度局限内苯酚向单烷基化和二烷基化产物的转化率,而且发掘关于两种合成的催化剂,在低温下转化率都非常低,但跟着温度的抬高而低落。增长,苯酚的转化率连续增长到140 ℃。在本钻研中合成的活性炭和磺化炭催化剂评释有有望的催化功效。苯酚的非常大转化率在140 °C时到达。温度的进一步抬高造成苯酚转化率低落,这可以或许归因于较高温度下烷基化和脱烷基反馈的热力学。别的,这还大概与如下究竟相关:在更高的温度下,首先产生数个平行反馈,这些反馈在叔丁醇脱水造成的副反馈中花消烯烃,比方低聚,烷基化和裂解。可以或许必定的是,高温下裂纹占主导职位,但这会造成苯酚转化率降落。   图4:用于反馈计划的烷基化的酚由吨丁基醇。
催化剂的可重叠应用性:如图5所示,经历将反馈溶液过滤,用乙醇洗濯并在五个陆续的反馈轮回之间在120 ℃下干涸来合成磺化碳的可再行使性。疏水的外貌特征有助于反抗活性炭的磺化片面的失活。同时,在本钻研中调查到的催化剂的更高机能可以或许归因于在合成时代接纳的单步碳化和磺化获取的磺化碳质料中存在高活性位点。因此,从产物的ICP剖析获取的后果评释,硫的浓度非常低(91 ppb),这证明了因为非常少的浸出,催化剂中仍存在活性位点。为了断定所用催化剂的理化性子,举行了BET剖析。因此,可以或许调查到,关于应用的活性炭催化剂,外貌积,孔径和体积与鲜活催化剂比拟略有差别。   图5:磺化活性炭催化剂的可重用性催化机能。   

活性炭气凝胶的制备技巧和应用


气凝胶的外貌与凝胶相像,但里面的液体因素被气体代替,造成了90%99体积%为气氛的完备的固体纳米布局。 同时发掘,组成有机气凝胶的聚合物在惰性气氛(如氮气或氩气)中加热到必然温度后,可以或许脱水活化,残留活性炭气凝胶。 扼要论述了聚合物和活性炭气凝胶的制备、布局和性子的开展及其在各个平台的潜伏应用。
活性炭气凝胶的制备技巧:气凝胶的潜伏应用基于其性子,其猛烈依附于微观布局。因此,在制备历程中完成微观布局掌握是非常紧张的。平时,气凝胶的制备历程包含如下三个或四个步调(图1:   1、溶胶-凝胶变化(凝胶化):纳米级溶胶颗粒交联并分层组装成湿凝胶,自觉地或经历催化剂经历水解或缩合反馈催化。   2、布局强化(固化):机器强化溶胶-凝胶历程中产生的软弱固体骨架。   3、凝胶-气凝胶变化(干涸):湿凝胶内的溶剂被气氛置换而没有紧张的微观布局丧失。   图1:聚合物或活性炭气凝胶的普通制备技巧。   全部这三个步调都可以或许断定气凝胶的微观布局并影响它们的性子和应用。别的,值得一提的是,制造活性炭气凝胶需要分外的碳化历程(图1步调4)。 
活性炭气凝胶的应用:储能:具备3D多孔布局的活性炭气凝胶是高机能电极质料的崇高候选质料。 因为比外貌积高、闲暇率蓬勃,经历收缩分散途径、确保优越的电触碰,为激动离子运送供应陆续通路。 吸附剂:活性炭气凝胶的疏水性成为去除玷污物、油和水分开的抱负候选物。 这是因为疏水外貌可以或许选定性且有用地吸附与水夹杂的油性指标化合物。 活性炭气凝胶可以或许吸附种种有机溶剂和油类,收购性也非常好,在蒸馏、焚烧、五次轮回收缩后也连结着非常高的吸附才气。 非常紧张的是,经历富厚的起原和简略的制造技巧,碳气凝胶在隔绝分开和水净化等大概的产业应用中具备老本效益。 催化剂载体:催化剂纳米粒子的高外貌积和相巩固性是改进催化剂机能(普通物理化学特征和催化反馈性)的非常紧张特征。 因此,具备高导电性、高中孔隙率、环境巩固性的活性炭气凝胶是用于催化剂的非常有远景的质料。 聚合物气凝胶和活性炭气凝胶因其3D多孔网页、高比外貌积、低密度、低介电常数、高机器机能等怪异的布局和性子而宽泛应用于各个平台。 因为分量轻、低导热性、低速音,活性炭气凝胶可以或许应用于设备工程、车辆、汽车、宇航服。 来自气凝胶三维多孔网页的高外貌积、高气孔率、低密度确保了在催化剂、传感器、吸附、燃料积储平台的适合化。 试验还评释,这些高档多孔活性炭气凝胶布局供应了更广的适合局限,平时比其原始有机先驱体机能更高。


由复原熔融碳酸盐合成的电容活性炭


碳对有机性命的存在和许多产业和技术应用非常紧张。 碳质质料电化门制造氟,产生热和电,造成气体和液体燃料,宽泛应用于塑料、太阳能电池布局、电子装备制造以及锂离子电池和超等电容器的制造。 这种多功效性是碳表现多种连结互相好处的干脆后果。 碳质质料分子和形状特征的宽泛迥异造成光学特征、吸附特征、电子迁徙率、热传导率、离子吸附特征、物理强度的宽泛变更。 因为具备宽泛的特征,具备差别布局和特征的碳被用于航空航天、汽车、生物技术、便携式和花费电子、动力存储等多个行业。 明白了在熔融碳酸盐的复原途径中产生的活性炭可以或许作为崇高的超等电容器质料应用。 因此,钻研了经历电解复原碳酸盐熔融的碳酸盐而合成的活性炭的布局和物理特征,并跟着碳合成前提的变更而产生了变更。
电解复原熔融碳酸盐活性炭的合成:用该小组过去应用的技巧合成活性炭。 全部的碳电沉积试验都应用了3个共晶因素为熔融碱金属碳酸盐的电极电池。 在制备以前,将碳酸盐粉末在110的气氛中干涸起码24小时。 而后,称量粉末,以得当的共晶因素夹杂,首先用乳钵和研磨棒夹杂后,用不锈钢球磨机以10正偏向和10反偏向(2分钟)的周期以170 rpm的速度举行球磨机。 在CO  2下以500C共晶1小时流量(BOC气体; 食物级)。 CO  2气氛用于削减碳酸盐的剖释,有助于熔体中碳酸盐离子的再生。 不管类环境,共融物都配备在氧化铝坩埚中,该坩埚的顶部是氧化铝帽,氧化铝帽有用于安排电极的孔和CO  2收支口。 之因此选定氧化铝而不是其余坩埚的质料,是因为在含有锂的熔融碳酸盐的存鄙人,氧化铝造成了铝酸锂的侵蚀层,增长了质料的外貌毛糙度,但在其余方面非常巩固。 配备后,将共晶冷却至室温后,加热举行碳电沉积。 图1:(a  )活性炭的温度、(b  )聚积的熔融碳酸盐电解质、以及(c  )聚积的基板。 (d  )与在500-700C的温度下沉积的碳首先沉积相关的Tafel峰的阴极Tafel曲线和计较的Tafel线(虚线)。
形状阐扬:用SEM钻研了形状(图2 )。 经历EDS地区的扫描,可以或许确认与沉积碳连结的要紧元素是碳和氧。 凭据与其余合成碳的相对、活性炭、石墨、导电性炭黑的相对,断定了差别前提下电沉积碳的形状特征。 图2 :在其余规范前提下以20 kV的倍率拍摄的碳沉积(a  ) 0.15、(b  ) 0.30、(c  ) 0.60和(d  ) 1.20 A  cm-2时的SEM图像。 活性炭的官能化和连结:基于FTIR、拉曼光谱、XRD和XPS,从熔融碳酸盐电解质中钻研了电沉积碳的化学键和功效化的变更。 这些质料的FTIR模式相对类似,唯独的要紧差别是峰强度。 因为这些类似性,接纳具备非常强峰值的光谱(500C下的活性炭光谱),图3例示了全部质料的光谱。 判定了电沉积碳中存在的键互相好处。 图3 :应用在其余规范前提下电沉积500C建造的活性炭FTIR图。 电化学机能:凭据剖析,凭据图4(a  )和(b  ),在慢扫描速度下,假容量对碳酸盐起原碳(C  D  )整体机能的进献极大,但因为动力学约束,跟着扫描速度的增长,假容量大幅低落因为双层造成的快动力学,该衰减在双层电容方面不太彰着。 在许多环境下,dl1 (与多孔质的外貌地区关联的2层电容)依附于电解质进来被检活性炭的细孔外貌积的途径,被高扫描速度拦阻,因此有比扫描速度dl2 (几多外貌积)增长的偏向。 图4 :扫描速度对(a  )活性炭和其余规范前提,以及(b  )活性炭总容量进献的影响。 c显露分散带来的电容,C  DL1和C  DL2划分显露与纳米、细孔的外貌积和外部碳的外貌积关联的两层。剖析了碳酸盐从熔融碳酸盐电沉积的机理。 提出了基于熔融介质中焦炭碳酸根离子的存在从熔融碳酸盐电沉积碳的第二个机理,觉得是在CO  2的存鄙人产生的。 大气层。 来自熔融碳酸盐的碳电沉积电位的变更要紧是由体系里面能量的变更和聚积在差别基材上时来自熔融碳酸盐体系的电沉积电位的变更惹起的。 基于SEM和TEM的形状学钻研评释,碳在必然水平上是折叠的,由无定形和石墨布局组成,跟着电流密度和碳电沉积温度的抬高,石墨特征有增长的趋向。 评价了合成活性炭的容量机能,在10 mV  s-1下获得了400 F  g-1的机能。 因此,熔融碳酸盐的复原表现了风趣的制造电容性活性炭的技巧,可以或许得出其物理特征取决于质料的合成前提。




文章来源:活性炭滤料网

文章标题:活性炭气凝胶的制备技巧和应用、活性炭催化剂对苯酚叔丁基化的机能

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