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利用Spinchem旋转床催化反应器中的钌修饰碳泡沫催化剂实现D -木糖的催化加氢的实验结果与结论(一) 2019-10-28

3 结果与讨论

3.1催化剂表征结果

本文采用钌含量为3%的单层活性炭泡沫(A800)作为催化剂(ICP-OES法测定)。TEM和SEM表征结果表明,碳泡沫表面既含有小直径10nm左右的钌簇,也含有较大直径的钌簇(图2)。

利用Spinchem旋转床催化反应器中的钌修饰碳泡沫催化剂实现D -木糖的催化加氢的实验结果与结论(二)

图2SEM图:a新制备的Ru/CF催化剂,b用旋转床反应器15次循环使用的废Ru/CF催化剂,c未使用旋转床反应器的废Ru-/F催化剂,d新制备的Ru/CF催化剂TEM图。

钌3d5/2结合能通过XPS表征,所有催化剂都在280.2-282.3eV范围内,这可能是由于钌在碳泡沫表面的缘故(图3), 金属钌结合能峰值280.2eV。该值与之前报道的值一致,Ru0的结合能值在279.96 ~ 280.3 eV之间。同理,两个峰值为280.9和282.3eV分别是RuO2和RuO3,这两种钌的金属氧化物可由单质钌在空气中氧化得到。

利用Spinchem旋转床催化反应器中的钌修饰碳泡沫催化剂实现D -木糖的催化加氢的实验结果与结论(二)

图3 XPS结果:a新制备的Ru/CF催化剂,b使用旋转床反应器回收15次的废Ru/CF催化剂,c未使用旋转床反应器的废Ru/CF催化剂。


c未使用旋转床反应器的废Ru/CF催化剂

BET测量结果

BET测量结果表明,在金属修饰过程中,碳泡沫的比表面积发生了变化。由于部分空隙被钌簇填充,另外水被强烈吸附在泡沫的空隙里碳泡沫300m2g-1的表面积减少到81m2g-1。当相似的新制备的催化剂在更高的温度处理更长的时间后(200℃, 4h),表面积将会增加到81m2g-1,原始处理条件为120, 2h,这从另一方面证明了新制备的催化剂泡沫空隙中残留有水分。15个循环后,用过的Ru/CF催化剂表面积减少到30m2g-1(表1)。从图2a, b中可以看出,用过的催化剂包含的钌簇更大,这是因为金属聚集。在一篇研究石墨碳上Pt的烧结机制的文章中,Kinoshita和他的团队指出,贵金属粒子可以在100-200液相环境中团聚成更大的颗粒。而且另一篇报道中指出,贵金属在H2氛围中比在N2氛围中烧结更明显,因此在氢化条件下,钌颗粒也有可能发生团聚。另外,污垢如孔隙内的重副产品的累积也会导致孔隙堵塞,进一步导致表面积缩小。


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利用Spinchem旋转床反应器中的钌修饰碳泡沫催化剂实现D -木糖的催化加氢