热重-红外光谱联机用于Cu/AC焙烧温度确定和焙烧过程分析

第42卷第12期应用化工Vol 42 No. 122013年12月Applied Chemical IndustryDec.2013热重红外光谱联机用于Cu/AC焙烧温度确定和焙烧过程分析孙琪娟,马晓迅2,徐军礼3,孙长顺4,卢寅(1.陕西工业职业技术学院化工与纺织学院陕西咸阳7120002.西北大学化工学院陕西西安710093中机工程启源工程有限公司陕西西安710045;4.陕西省环境科学研究设计院陕西西安710060摘要:通过浸渍法制备载铜活性炭(Cu/AC),利用热重红外光谱联机分析方法对CuAC前驱物Cu(NO3)2/AC进行分析探索了前驱物制备CuAC在焙烧过程发生的变化确定Cu/AC的最佳焙烧温度为700℃。关键词:载铜活性炭;热重红外分析;焙烧中图分类号:TQ523文献标识码:A文章编号: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热重红外光谱联机分析可以直接准确地测定外光谱联机分析方法对载铜活性炭(Cu/AC)前驱样品在受热过程中所发生的各种物理化学变化,以物Cu(NO3)2/AC进行分析,探索Cu(NO3)2AC催及在各个失重过程中分解或降解的产物的化学成化剂前驱物制备Cu/AC在焙烧过程所发生的变化。分已成为研究各种无机、有机和高分子材料的热稳1实验部分定性和热分解(降解)过程的重要实验方法11试剂与仪器载铜活性炭表面起催化作用的是金属氧化物粉末活性炭、硝酸铜、盐酸、氢氧化钠均为分析需将Cu(NO)2AC催化剂前驱物在高温下焙烧转纯。化为金属氧化物,焙烧可以改变催化剂的孔结构、比NETZSCH TG209热重分析仪;FTIR920傅里表面积化学价态和相结构2。不同的焙烧温度对叶红外变换光谱仪。固定于载体上的活性物质的形态有很大的影响。1.2载铜活性炭制备载铜活性炭制备的关键技术是焙烧温度的确定。焙粉末活性炭→0.5mol/ L NaOH溶液碱洗→烧温度太低,金属盐不能完全分解为氧化物晶型也1mo/LHCl酸洗→105℃烘干→5.0%的Cu没完全长好;焙烧温度太高,晶粒的长大使催化剂比(NO3)2溶液浸渍→105℃烘干→焙烧→载铜活性表面积迅速减小,也可能会引起催化剂烧结使活性炭Cu/AC。组分在载体表面团聚,影响催化活性4。现有文献1.3实验方法对浸渍法制备载铜活性炭的焙烧温度说法不一,而将TGA出口与FIR气体池间用一根聚四氟乙且差异较大。为了确定焙烧温度,本文利用热重-红烯管连接,将聚四氟乙烯管和红外气体池预热到中国煤化工收稿日期:20130928修改稿日期:20310-18基金项目:国家科技支撑计划项目(200BAA20B0203);陕西工业职业技术CNMHG作者简介:孙琪娟(1967-),女陕西富平人,陕西工业职业技术学院副教授,硕士,主要从事工业废水处理的研究。电话:13038553006,E-ml:sqi8@l63.com2146应用化工第42卷230℃,测试样品质量为5mg,N2气氛流速为反应。40mL/L,升温速率为10℃/min,温度50~800℃,2.2Cu/AC焙烧温度的确定红外检测器检测范围为4500~400cm1,动态实时金属氧化物均匀负载于AC内表面,AC与金属跟踪,三维谱记录。氧化物反应产生CO2越多,活性炭的孔隙结构越发2结果与讨论达,吸附效果就越好。2.1Cu/AC前驱物热分解过程0.7载铜活性炭前驱物热重红外分析结果见图1、图2。0.0040100200300400500600700800温度℃0.002A图3CO2吸光度随温度变化曲线Fig 3 The curve of CO, absorbance changes with temperature20003000由图3可知,CO2吸光度随温度的升高而增大,波数cm图1Cu(NO3)2/AC红外光谱即温度越高,活化程度越高,但当温度超过747℃Fig. 1 IR spectrum of Cu(NO,)2/AC时,活化气体CO2吸光度急剧下降,可能是过高的10.2温度会造成催化剂烧结。所以,Cu/AC适宜焙烧温10.0度为700℃。这与响应面实验推出的结论基本0.5致2.3CuAC的XRD89.60.0粉末活性炭经5.0%Cu(NO3)2溶液浸渍,1。05105℃烘干,700℃焙烧4h,所得Cu/AC的XRD见图4。0100200300400500600700800900温度℃图2Cu(NO3)2/AC热重曲线Fig 2 Thermogravimetric curve of Cu(NO,)2/AC由图1可知,载铜活性炭前驱物高温下焙烧分解在3750cm和1640cm处的吸收峰是样品中的水或分解产生的水引起,2349cm的吸收峰是分解产生CO2所致。随着焙烧温度的升高,载铜活性炭的重量逐渐降低(见图2):①温度低于200℃26/(°)时,失重速率较慢(图2a~b段),对应于表面物理图4Cu/AC的XRD图吸附水的脱除;②温度介于200~350℃时,失重速Fig 4 XRD spectrum of Cw/AC率加快(图2b~c段),失重主要是硝酸铜分解造由图4可知,Cu/AC最大衍射峰出现在26=成,Cu(NO3)2=Cu+H2O;③350-~470℃时(图226.5°处,衍射峰尖锐而清晰,且无不纯杂质峰出现d段),失重速率趋于缓慢,主要是少量氧化铜分可见,该催化剂晶化程度较高催化活性较好。解所致4CO=2C0+02;④470~747℃时(图3结论2d~e段),样品持续失重,在700℃附近有一失重利用热重红外光谱联机分析方法对通过浸渍峰,失重主要是活性炭与分解产生的金属氧化物发法制备的载铜活性炭(Cu/AC)前驱物进行分析,确生化学反应所致,主要反应为:C0+C=Cu+C0定Cu(NO3)2中国煤化工过程依次发生Cu20+C=Cu+Co 2C0+02=2C0了Cu(NO3)CNMHG化过程,并确综上所述,Cu(NO2)2/AC催化剂前驱物在加热定Cu/AC的最佳焙烧温度为700℃。过程中,依次发生了Cu(NO3)2→CuO→Cu2O→Cu(下转第2154页)2154应用化工第42卷其中,P=(6)0.278、AM=0.684,因r1r2<1,且r1<2<1,得到r2无规共聚物,AM的反应活性更大一些将所测得的单体残余量分别代入积分公式,求解各组实验的和,拟定3-5个P值,得5条参考文献r1/r2直线,可通过最小值理论法拟合,得出公共交1]王贵江,欧阳坚,朱卓岩,等超高相对分子质量聚丙点坐标(对应AA和AM的竞聚率值)6,见图3烯酰胺的研究[J].精细化工,2003,20(5):303-306.[2]卓仁禧,张先正温度及pH敏感聚(丙烯酸)/聚(N异丙基丙烯酰胺)互穿聚合物网络水凝胶的合成及性能研究[J].高分子学报,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-图3积分法测定AA和AM的竞聚率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]张玉平,叶彦春,郭燕文,等.耐温抗盐型丙烯酰胺共由图3可知,AA和AM的竞聚率值分别为:rA聚物的研究进展[J].应用化工,2005,34(10):5980.278,rM=0.684。由于AM的竞聚率比AA大因而其反应活性更强,AM在共聚体中的百分比要6]潘祖仁高分子化学[M].4版北京:化学工业出版比初始投料中高。r和r2的值均在0.2~0.7之间,社,2007:138rn2<1,且n<2<1,说明两种单体均以共聚反7]吴充实,王越邱国强,等超高分子量聚丙烯酰胺水应为主,在共聚产物中两种结构单元是随机分布的,解干燥条件的研究[J].功能高分子,2002,17(21):26即得到无规共聚物。[8]杨桂英,刘温霞.聚丙烯酰胺的制备及其应用研究3结论[J].黑龙江造纸,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,纪文静,刘和芳,等聚丙烯酰胺凝胶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佳聚合条件为:m(AM):m(H10)=30%,m(AM)[10)张春院,张万喜,刘健,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的竞聚率测定及其共聚物的吸湿性能研究[J].功能(AM)=0.3%,温度20℃,所得产物分子量高达材料,2006,41(6):943-9475120万,而且具有良好的水溶性,可广泛应用于采11张桐郡张明恂娄轶辉等聚丙烯酰胺产业现状及发展趋势[J].化学工业,2000,27(6):26-33油等领域。(2)反应中AA和AM的竞聚率分别为:rAA=(上接第2146页)[3]王瑞玉,李忠,郑华艳,等,无氯CuAC催化剂的制备及其催化气相甲醇氧化羰基化反应性能[J].催化学参考文献:报,2010,31(7):8518561]林少琨潘纯华,林木良,等热重红外光谱联机分析[4]黄忠涛,耿建铭.工业催化[M]北京:化学工业出版方法在化学化工、高分子材料和药物热分解过程研究社,2006:178-180上的应用[J].广州化工,200,28(2):3942[5]蒋柏泉,公振宇,陈建新,等.载铜活性炭的制备及其处[2]刘学文,王勇,葛昌华助剂掺杂Cu/Al2O3湿式氧化处理印染废水的应用[J].南昌大学学报:工科版,2011理造纸废水[J].水处理技术,2009,35(11):9233(1):7-11H中国煤化工CNMHG