熱重-紅外光譜聯(lián)機用于Cu/AC焙燒溫度確定和焙燒過(guò)程分析

第42卷第12期應用化工Vol 42 No. 122013年12月Applied Chemical IndustryDec.2013熱重紅外光譜聯(lián)機用于Cu/AC焙燒溫度確定和焙燒過(guò)程分析孫琪娟,馬曉迅2,徐軍禮3,孫長(cháng)順4,盧寅(1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工與紡織學(xué)院陜西咸陽(yáng)7120002.西北大學(xué)化工學(xué)院陜西西安710093中機工程啟源工程有限公司陜西西安710045;4.陜西省環(huán)境科學(xué)研究設計院陜西西安710060摘要:通過(guò)浸漬法制備載銅活性炭(Cu/AC),利用熱重紅外光譜聯(lián)機分析方法對CuAC前驅物Cu(NO3)2/AC進(jìn)行分析探索了前驅物制備CuAC在焙燒過(guò)程發(fā)生的變化確定Cu/AC的最佳焙燒溫度為700℃。關(guān)鍵詞:載銅活性炭;熱重紅外分析;焙燒中圖分類(lèi)號:TQ523文獻標識碼:A文章編號:1671-3206(2013)12-2145-02Combining TGA-FTIR for Cu/AC roasting temperature androasting process analysisSUN Qi-juan, MA Xiao-xun, XU Jun-li, SUN Chang-shun, LU yin(1. Institute of Chemical Engineering and Textile, Shaanxi Polytechnic Institute, Xianyang 712000, China; 2. Chemical EngineeringInstitute, Northwest University, Xi'an 710069, China; 3. Xi'an Qiyuan Mechanical and Engineering Co, Ltd, Xi an 710045China: 4. Environmental Science Research and Design Institute of Shaanxi Province, Xi'an 710060, China)Abstract: Through the impregnation method to prepared copper- loaded activated carbon, Cu(No3)2/ACwere analysised by combining TGA-FTIR, explorate the changes occurred in the roasting process of theCu(NO3)2/AC catalyst precursor preparation Cu/ AC, and determined the optimum calcination temperature of Cu/AC700℃Key words: activated carbon with Cu; TGA-FTIR analysis; roast熱重紅外光譜聯(lián)機分析可以直接準確地測定外光譜聯(lián)機分析方法對載銅活性炭(Cu/AC)前驅樣品在受熱過(guò)程中所發(fā)生的各種物理化學(xué)變化,以物Cu(NO3)2/AC進(jìn)行分析,探索Cu(NO3)2AC催及在各個(gè)失重過(guò)程中分解或降解的產(chǎn)物的化學(xué)成化劑前驅物制備Cu/AC在焙燒過(guò)程所發(fā)生的變化。分已成為研究各種無(wú)機、有機和高分子材料的熱穩1實(shí)驗部分定性和熱分解(降解)過(guò)程的重要實(shí)驗方法11試劑與儀器載銅活性炭表面起催化作用的是金屬氧化物粉末活性炭、硝酸銅、鹽酸、氫氧化鈉均為分析需將Cu(NO)2AC催化劑前驅物在高溫下焙燒轉純?；癁榻饘傺趸?焙燒可以改變催化劑的孔結構、比NETZSCH TG209熱重分析儀;FTIR920傅里表面積化學(xué)價(jià)態(tài)和相結構2。不同的焙燒溫度對葉紅外變換光譜儀。固定于載體上的活性物質(zhì)的形態(tài)有很大的影響。1.2載銅活性炭制備載銅活性炭制備的關(guān)鍵技術(shù)是焙燒溫度的確定。焙粉末活性炭→0.5mol/ L NaOH溶液堿洗→燒溫度太低,金屬鹽不能完全分解為氧化物晶型也1mo/LHCl酸洗→105℃烘干→5.0%的Cu沒(méi)完全長(cháng)好;焙燒溫度太高,晶粒的長(cháng)大使催化劑比(NO3)2溶液浸漬→105℃烘干→焙燒→載銅活性表面積迅速減小,也可能會(huì )引起催化劑燒結使活性炭Cu/AC。組分在載體表面團聚,影響催化活性4?，F有文獻1.3實(shí)驗方法對浸漬法制備載銅活性炭的焙燒溫度說(shuō)法不一,而將TGA出口與FIR氣體池間用一根聚四氟乙且差異較大。為了確定焙燒溫度,本文利用熱重-紅烯管連接,將聚四氟乙烯管和紅外氣體池預熱到中國煤化工收稿日期:20130928修改稿日期:20310-18基金項目:國家科技支撐計劃項目(200BAA20B0203);陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)CNMHG作者簡(jiǎn)介:孫琪娟(1967-),女陜西富平人,陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授,碩士,主要從事工業(yè)廢水處理的研究。電話(huà):13038553006,E-ml:sqi8@l63.com2146應用化工第42卷230℃,測試樣品質(zhì)量為5mg,N2氣氛流速為反應。40mL/L,升溫速率為10℃/min,溫度50~800℃,2.2Cu/AC焙燒溫度的確定紅外檢測器檢測范圍為4500~400cm1,動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)金屬氧化物均勻負載于A(yíng)C內表面,AC與金屬跟蹤,三維譜記錄。氧化物反應產(chǎn)生CO2越多,活性炭的孔隙結構越發(fā)2結果與討論達,吸附效果就越好。2.1Cu/AC前驅物熱分解過(guò)程0.7載銅活性炭前驅物熱重紅外分析結果見(jiàn)圖1、圖2。0.0040100200300400500600700800溫度℃0.002A圖3CO2吸光度隨溫度變化曲線(xiàn)Fig 3 The curve of CO, absorbance changes with temperature20003000由圖3可知,CO2吸光度隨溫度的升高而增大,波數cm圖1Cu(NO3)2/AC紅外光譜即溫度越高,活化程度越高,但當溫度超過(guò)747℃Fig. 1 IR spectrum of Cu(NO,)2/AC時(shí),活化氣體CO2吸光度急劇下降,可能是過(guò)高的10.2溫度會(huì )造成催化劑燒結。所以,Cu/AC適宜焙燒溫10.0度為700℃。這與響應面實(shí)驗推出的結論基本0.5致2.3CuAC的XRD89.60.0粉末活性炭經(jīng)5.0%Cu(NO3)2溶液浸漬,1。05105℃烘干,700℃焙燒4h,所得Cu/AC的XRD見(jiàn)圖4。0100200300400500600700800900溫度℃圖2Cu(NO3)2/AC熱重曲線(xiàn)Fig 2 Thermogravimetric curve of Cu(NO,)2/AC由圖1可知,載銅活性炭前驅物高溫下焙燒分解在3750cm和1640cm處的吸收峰是樣品中的水或分解產(chǎn)生的水引起,2349cm的吸收峰是分解產(chǎn)生CO2所致。隨著(zhù)焙燒溫度的升高,載銅活性炭的重量逐漸降低(見(jiàn)圖2):①溫度低于200℃26/(°)時(shí),失重速率較慢(圖2a~b段),對應于表面物理圖4Cu/AC的XRD圖吸附水的脫除;②溫度介于200~350℃時(shí),失重速Fig 4 XRD spectrum of Cw/AC率加快(圖2b~c段),失重主要是硝酸銅分解造由圖4可知,Cu/AC最大衍射峰出現在26=成,Cu(NO3)2=Cu+H2O;③350-~470℃時(shí)(圖226.5°處,衍射峰尖銳而清晰,且無(wú)不純雜質(zhì)峰出現d段),失重速率趨于緩慢,主要是少量氧化銅分可見(jiàn),該催化劑晶化程度較高催化活性較好。解所致4CO=2C0+02;④470~747℃時(shí)(圖3結論2d~e段),樣品持續失重,在700℃附近有一失重利用熱重紅外光譜聯(lián)機分析方法對通過(guò)浸漬峰,失重主要是活性炭與分解產(chǎn)生的金屬氧化物發(fā)法制備的載銅活性炭(Cu/AC)前驅物進(jìn)行分析,確生化學(xué)反應所致,主要反應為:C0+C=Cu+C0定Cu(NO3)2中國煤化工過(guò)程依次發(fā)生Cu20+C=Cu+Co 2C0+02=2C0了Cu(NO3)CNMHG化過(guò)程,并確綜上所述,Cu(NO2)2/AC催化劑前驅物在加熱定Cu/AC的最佳焙燒溫度為700℃。過(guò)程中,依次發(fā)生了Cu(NO3)2→CuO→Cu2O→Cu(下轉第2154頁(yè))2154應用化工第42卷其中,P=(6)0.278、AM=0.684,因r1r2<1,且r1<2<1,得到r2無(wú)規共聚物,AM的反應活性更大一些將所測得的單體殘余量分別代入積分公式,求解各組實(shí)驗的和,擬定3-5個(gè)P值,得5條參考文獻r1/r2直線(xiàn),可通過(guò)最小值理論法擬合,得出公共交1]王貴江,歐陽(yáng)堅,朱卓巖,等超高相對分子質(zhì)量聚丙點(diǎn)坐標(對應AA和AM的競聚率值)6,見(jiàn)圖3烯酰胺的研究[J].精細化工,2003,20(5):303-306.[2]卓仁禧,張先正溫度及pH敏感聚(丙烯酸)/聚(N異丙基丙烯酰胺)互穿聚合物網(wǎng)絡(luò )水凝膠的合成及性能研究[J].高分子學(xué)報,1998,1(1):39[3 Ouyang L, Wang L, Schork F J. Synthesis of well-defined0.75statistical and diblock copolymers of acrylamide and acryl0.70ic acid by inverse miniemulsion raft polymerization[J]0.65Macromolecular Chemistry and Physics, 2010, 211( 18)1977-1983.0.60[4 White B H B, Kwak JC T Swelling of hydrophobically0.550.4modified poly( acrylamide )and poly acrylamide )-co-圖3積分法測定AA和AM的競聚率acrylic acid) gels in surfactant solutions[ J]. Colloid andFig 3 Integral method for determining thePolymer Science, 1999, 277(8): 785-791monomer reactivity ratios of AA and AM[5]張玉平,葉彥春,郭燕文,等.耐溫抗鹽型丙烯酰胺共由圖3可知,AA和AM的競聚率值分別為:rA聚物的研究進(jìn)展[J].應用化工,2005,34(10):5980.278,rM=0.684。由于A(yíng)M的競聚率比AA大因而其反應活性更強,AM在共聚體中的百分比要6]潘祖仁高分子化學(xué)[M].4版北京:化學(xué)工業(yè)出版比初始投料中高。r和r2的值均在0.2~0.7之間,社,2007:138rn2<1,且n<2<1,說(shuō)明兩種單體均以共聚反7]吳充實(shí),王越邱國強,等超高分子量聚丙烯酰胺水應為主,在共聚產(chǎn)物中兩種結構單元是隨機分布的,解干燥條件的研究[J].功能高分子,2002,17(21):26即得到無(wú)規共聚物。[8]楊桂英,劉溫霞.聚丙烯酰胺的制備及其應用研究3結論[J].黑龍江造紙,2007,3(3):1518.(1)采用自由基水溶液聚合法,AM和AA二元[9]于良民,紀文靜,劉和芳,等聚丙烯酰胺凝膠的合成共聚制得水溶性超高分子量PAM/AA共聚物。最及性能[J].石油化工,2006,15(12):1171-175佳聚合條件為:m(AM):m(H10)=30%,m(AM)[10)張春院,張萬(wàn)喜,劉健,等,丙烯酸和丙烯酰胺共聚合m(AA)=3,m(I):m(AM)=0.3%,m(尿素):m的競聚率測定及其共聚物的吸濕性能研究[J].功能(AM)=0.3%,溫度20℃,所得產(chǎn)物分子量高達材料,2006,41(6):943-9475120萬(wàn),而且具有良好的水溶性,可廣泛應用于采11張桐郡張明恂婁軼輝等聚丙烯酰胺產(chǎn)業(yè)現狀及發(fā)展趨勢[J].化學(xué)工業(yè),2000,27(6):26-33油等領(lǐng)域。(2)反應中AA和AM的競聚率分別為:rAA=(上接第2146頁(yè))[3]王瑞玉,李忠,鄭華艷,等,無(wú)氯CuAC催化劑的制備及其催化氣相甲醇氧化羰基化反應性能[J].催化學(xué)參考文獻:報,2010,31(7):8518561]林少琨潘純華,林木良,等熱重紅外光譜聯(lián)機分析[4]黃忠濤,耿建銘.工業(yè)催化[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版方法在化學(xué)化工、高分子材料和藥物熱分解過(guò)程研究社,2006:178-180上的應用[J].廣州化工,200,28(2):3942[5]蔣柏泉,公振宇,陳建新,等.載銅活性炭的制備及其處[2]劉學(xué)文,王勇,葛昌華助劑摻雜Cu/Al2O3濕式氧化處理印染廢水的應用[J].南昌大學(xué)學(xué)報:工科版,2011理造紙廢水[J].水處理技術(shù),2009,35(11):9233(1):7-11H中國煤化工CNMHG