中科院催化剂制备表征与评价讨论课

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1、用于催化湿法过氧化反应的CuFeZSM-5的制备、表征与评价中科院大连化物所主要内容Fenton过程概述1CuFeZSM-5的制备方法2CuFeZSM-5的表征与评价3实验小结4Fenton过程概述Fenton过程通常是指Fenton试剂(Fe2+/Fe3+/H2O2)发生的均相反应。以H2O2为氧化剂，用Fe2+在强酸性条件下还原H2O2产生高活性的·OH。由于·OH的高氧化性和非选择性，几乎能与废水中所有的有机污染物发生反应。优点：反应条件温和，不需要高温，转化率高，广泛用于氧化有机碳含量较高（高于500ppm）的废水，在废水处理有广泛

2、的应用前景。此外，除了Fe盐，其他的过渡金属如Cu、Ru、Ce和Mn都至少有两种氧化态，也能促使H2O2生成·OH。但是从经济性和环保角度而言，Fe盐更有益。Fenton过程概述反应机理：H2O2将Fe2+氧化成Fe3+，Fe2+的单电子转移到H2O2生成Fe3+、•OH和OH-。但同时还会发生并行的H2O2分解反应，生成H2O和O2，造成H2O2的浪费。反应过程如下：Fe2++H2O2→Fe3++OH−+HO•Fe3++H2O2↔Fe-OOH2++H+Fe-OOH2+→HOO•+Fe2+Fe2++HO•→Fe3++OH−H2O2+HO•→

3、H2O+HOO•Fe3++HOO•→Fe2++O2+H+Fe2++HOO•→Fe3++HOO−Fenton过程概述均相Fenton过程的缺点：均相催化剂不能再生，而且反应需要在强酸条件下进行，要求pH范围窄2.5-4.0，需要额外的中和步骤，还需要额外的分离步骤处理铁残渣，都限制了其在工业上的应用。改进方法：采用多相Fenton催化剂，即将过渡金属固定在多孔载体上,如沸石，再与H2O2反应，不仅能允许反应在传统的连续流通的反应器中进行，使固体催化剂便于回收，而且反应能在较宽的pH范围内发生。背景：Fe离子交换的Y型沸石催化湿法过氧化含氮染料

4、ProcianMarineH-EXL，具有很高的TOC去除率和脱色率；Cu离子交换的沸石如CuZSM-5和NH3反应能将氮氧化物选择性催化还原成N2……CuFeZSM-5的制备方法多相Fenton催化剂的制备方法主要有浸渍法、水热法、离子交换法和溶胶-凝胶法等。CuFeZSM-5固体催化剂主要采用离子交换法和水热法制备。实验原料：离子交换法：ZSM-5（Si/Al=22，钠型)，铁粉，盐酸，醋酸铜，去离子水水热法：Fe(NO3)3·9H2O，Na2SiO3·5H2O，TPABr，醋酸铜，浓硫酸（pH调节）（无铝）活性评价实验：0.15dm-

5、3罗丹明6G染料（0.1g·dm-1）H2O2（40mM）CuFeZSM-5的制备方法离子交换法：用适量的ZSM-5沸石、Fe粉和去离子水放进双颈烧瓶中，装备有气体连通管和磁力搅拌器。先通5min的N2，再缓慢加入盐酸(37wt%)在N2气氛中连续搅拌5天，离心去除液相，得到淡红褐色的FeZSM-5，去离子水清洗直到水中无Cl-存在。一部分在室温下干燥并600℃焙烧2h，焙烧后颜色不变，记作IE-FeZSM-5。取100℃干燥的未焙烧的FeZSM-5和醋酸铜溶液在锥形瓶中混合搅拌进行离子交换，通入NH3直到pH为8，搅拌14h，过滤、洗涤、

6、室温下干燥，80℃干燥1h再在125℃干燥半小时，记作IE-CuFeZSM-5。CuFeZSM-5的制备方法水热法：将Na2SiO3溶液和醋酸铜溶液，加入到用浓硫酸酸化的Fe(NO3)3溶液中，会立刻形成淡黄色的凝胶，将凝胶加入到浓TPABr溶液中（四丙基溴化铵），用硫酸调节pH为9.40，将其放入高压釜中170℃自压力下反应3天，得到的白色固体。将其过滤、洗涤后在100℃下干燥12h。之后在600℃焙烧2h，记作HT-CuFeZSM-5。制备HT-FeZSM-5只需省略加入醋酸铜溶液这一步。存在问题：Cu、Fe离子的浸出损失影响催化剂的稳

7、定性。表征CuFeZSM-5——XRDCuKα射线MFI骨架：2θ=7-9°和23-25°所有样品均保持ZSM-5的骨架结构，表明Cu、Fe在阳离子平衡位置的高分散性。离子交换法制得样品的峰强度下降：1）X射线吸收增强2）沸石晶粒尺寸减小表征CuFeZSM-5——SEM（a）IE-CuFeZSM-5棺材形微晶，10μm（b）IE-FeZSM-5无定形杂质清晰可见（c）ZSM-5（d）HT-CuFeZSM-5片晶，看不到Cu、Fe离子，高分散（e）HT-FeZSM-51μm，骨架Fe离子表征CuFeZSM-5——FTIR445、550、800

8、、1100、1225和1650cm-1对应的ZSM-5沸石分子筛骨架和四面体的不同振动，并因为Cu、Fe的引入而产生微小的位移变化。650cm-1左右的振动源于CuO，-(Si-