作为催化载体的活性炭

http://www.hxtb.org化学通报2004年第67卷w013作为催化剂载体的活性炭赵波韩文锋霍超刘化章*(浙江工业大学多相催化研究所浙江省多相催化重点实验室杭州310032)摘要介绍了活性炭作为催化剂载体的优点了活性炭的生产方法以及与催化剂的生产和应用密切相关的活性炭的物理及化学性质并介绍了活性炭的改性处理的方法关键词活性炭载体孔结构表面性质化学处理ActivatedCarbonsasSupportsforCatalystZhaoBo,HanWenfeng,HuoChao,LiuHuazhang*(ZhejiangProvinceKeyLaboratoryofHeterogenousCatalysis,InstituteofCatalysis,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310032)AbstractThispaperintroducestheadvantagesofactivatedcarbonsassupportsforcatalysts.Themanufactureofthecarbonsisdescribedbriefly,togetherwiththeirmostimportantchemicalandphysicalpropertiesthataretightlyrelatedtocatalystsmanufactureanduseofsuchcatalysts.Thetreatmentmethodsofactivatedcarbonsarealsoreviewed.KeywordsActivatedcarbon,Support,Porestructure,Surfaceproperties,Chemicaltreatment活性炭的研究具有悠久的历史早在1785年Loiwtz[1]就注意到木炭有脱色作用到了1900年德国的Ostrejko[2]首次发明了用ZnCl2处理煤制备活性炭的专利标志着现代活性炭工业的开始在随后的几十年中由于战争和化工生产的需要人们对活性炭的研究日益深入已经广泛应用于分离精制试剂回收及公害治理在过去的十几年中活性炭作为催化剂载体也得到了大量应用活性炭作为载体有以下优点价格低廉能耐酸碱性质稳定具有发达的孔隙结构巨大的比表面积和优良的吸附性能另外负载于其上的贵金属通过炭载体的燃烧较易回收而且活性炭的表面积孔结构及表面官能团都会影响催化剂的性质而炭载体的这些参数可以通过物理及化学处理的方法加以修饰[3,4]故其作为载体的应用日益广泛以其为载体的催化剂催化的反应种类包括卤化氧化还原树脂单体制造聚合异构化以及其它各种反应[5]但是对负载于活性炭上的催化剂的进一步研究却存在着较大的困难首先是因为活性炭具有极为复杂的孔结构其次不同活性炭的表面化学性质也存在较大差别而催化剂的性能与活性炭的种类及物理化学性质却存在着密切的关系[6]1活性炭的种类不同种类的活性炭对催化剂的活性有很大影响活性炭的种类主要与它的生产原料及活化赵波女28岁硕士生现从事钌基氨合成催化剂的研究*联系人E-mail:cuihua@mail.hz.zj.cn国家自然科学基金(20203016)中国石油化工股份有限公司(499051)资助项目2003-03-04收稿2003-07-02修回http://www.hxtb.org化学通报2004年第67卷w0132方法有关1.1原料活性炭可以通过各种炭质材料炭化活化处理制得而大多数商业活性炭并不是专门为作催化剂载体生产的因此工业上不同原料生产的活性炭性质有较大差别图1是不同原料制备的活性炭表面形貌图图1不同原料生产的活性炭的SEM图[7]Fig.1SEMofactivatedcarbonproducedfromdifferentmaterials[7]a木材,b泥煤,c椰壳,d烟煤这四种炭表现出的共同性质就是具有较多微孔及大约1000m2g-1的比表面积图1a原料为木材由其生产的活性炭具有较开放的结构存在较多510µm的大孔从大孔延伸出中孔及微孔这些孔大都具有针状因此形成了一种开放的致密结构图1b原料为泥煤由其生产的活性炭也具有开放结构但存在少量大孔并且泥煤生产的活性炭具有较高的Si含量图1c原料为椰壳它加工生产的活性炭与木炭和泥煤炭有较大差别具有更加致密的结构并呈现纤维状图1d为烟煤生产的活性炭其结构更加致密且没有表现出开放的结构所以不同原料生产的活炭性质存在较大差别因此用活性炭作催化剂载体时对它的原料应进行慎重选择1.2活性炭的制备方法活性炭由含碳原料炭化活化而得活性炭的活化可分为物理活化[8]和化学活化[9]两种方法物理法的炭化和活化是分开的先将原料炭化然后用水蒸气CO2烟道气或氧气等含氧气体作活化剂于8731073K高温下与