
2.2 脫HCl
脫HCl是一類重要反應。目前,工業上多采用活性炭及分子篩類催化劑。以PAN-ACF作此類反應的催化劑,顯示出明顯的優勢。在由1,2-二氯乙烷制氯乙烯的反應中,選擇性高達99%以上,轉化率遠高于活性炭類催化劑,溫度較分子篩催化劑低100~150℃,且無積炭現象發生[12]。李偉等[17]認為,PAN-ACF催化劑的優良性能來源于它的堿性。由于PAN中含有氮原子,因此可能在炭化過程中形成堿性的吡啶環。催化劑上的堿性位不但具有良好的催化活性,而且可有效地防止積炭。
最近,Soo-Jin Park等[18]對活性炭纖維進行氧等離子處理,隨著處理次數的增加,ACF脫除HCl的效率最多可提高到300%。并認為,這是等離子處理在ACF表面引入了新的含氧官能團,使比表面積或孔容降低而引起的。
2.3 脫除NOx
氮氧化物NOx也是大氣污染的主要物質。用NH3選擇性催化還原(SCR)工藝脫除煙道氣中NOx的技術已得到廣泛應用,常用的催化劑有金屬氧化物、沸石和活性炭等。但是,要獲得較高的NOx去除率,金屬氧化物催化劑和沸石催化劑需在180~330℃溫度范圍內使用,溫度太高,NH3被氧化,溫度太低,催化劑活性不高[19]。這種SCR工藝的缺點是有時需要重新加熱煙道氣。郭占成[20]把瀝青基活性炭纖維經硫酸活化處理后,對煙道氣中NOx進行選擇性催化還原。當氣體中氧體積分數約低于10%時,硫酸活化處理可在低溫下較大提高瀝青基活性炭纖維對NOx選擇性催化還原的活性。Shirahama N等[21]在室溫下把尿素負載于ACF上用于空氣中NO2脫除還原,可以把空氣中體積分數50×10-6~1 000×10-6的NO2還原成氮氣,而且能夠持續還原直至尿素完全消耗。
2.4 作催化劑載體
作為催化劑載體,ACF具有高比表面積,有利于催化劑的分散,既可增大活性相的作用,又能減少高溫燒結失活的可能性[14]。ACF屬亂層石墨結構,在金屬微晶與ACF表面緊密接觸的過程中,會受到π電子的作用。這種金屬-載體相互作用會影響催化劑的吸附機理和吸附量,乃至催化活性。在還原法除去NO的反應中,ACF負載銅催化劑也具有較好的催化活性。陸耘等[22]以活性炭纖維為載體負載銅類化合物制成銅系ACF催化劑。通過研究發現,Cu(NO3)2-ACF催化劑對NO具有較高的催化還原活性,在150℃時NO轉化率可達70%。李國希等[23]采用電化學方法制備了負載Pt的活性炭纖維,進行了NO吸附活性及其影響因素的研究。研究結果表明,電沉積Pt沒有改變活性炭纖維的微孔結構,Pt粒高度分散在活性炭纖維的外表面。而NO的吸附量顯著增加,這說明存在化學吸附。
雜多酸具有酸性很強的質子酸中心,是一種多功能酸催化劑,對它的應用研究很多。一般將它負載在無機載體上用于酸催化反應,通過對多種載體負載雜多酸后,酸性和穩定性情況的研究認為將雜多酸牢固地負載在載體上是關鍵。胡玉才等[24]以活性炭纖維為載體負載雜多酸SiW12制得了SiW12/C負載型催化劑,并應用于異丁烯與甲醇合成MTBE模擬催化反應,實驗結果表明,該催化劑具有較高的活性和選擇性,MTBE收率可接近80%。活性炭纖維還可應用于催化加氫、擇形催化,以及作為催化劑助劑等[17]。
3、結 語
活性炭纖維在催化領域的研究工作起步較晚,但發展比較迅速。目前,可以應用活性炭類催化劑的所有反應類型,ACF幾乎全部有所涉及。而且,據現有的文獻報道,在可應用炭催化劑的絕大多數反應中,ACF優于活性炭類催化劑。ACF的價格約是活性炭的5~100倍,這也是ACF沒有被廣泛應用的一個原因。隨著低成本、高強度的ACF的研究開發,相信ACF在催化領域中有著更加廣泛的應用前景。
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