活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭催化分解过氧化氢的动力学研究。反应物浓度和温度的影响进行了实验研究。动力学数据通过初始反应速率的差异方法进行评估。由于分子的高反应性和反应中间体的氧化能力，过氧化氢(DCPH)在均相和非均相中的催化分解研究是广泛的反应。在固体表面上选择性地在碱性或还原性活性位点上或在涉及金属离子的位置如铁，铈，锰，铜，钴，钒等中可能发生不同的氧化态和/或形成络合物。

　　活性炭催化分解过氧化氢实验部分

　　实验采用过氧化氢30%、活性炭碘值1000，亚甲蓝21,35和表征的官能团具有以下结果：活性炭具有以下表征羧基1,22x10 -1毫当量克-1，内酯2,44×10 -1 meq g -1，苯酚1,51×10 -1 meq g -1，羰基化合物1,24×10 -2meq g -1和总碱性基团1.12meqg-1。

　　方法

　　过氧化氢反应在用于温度控制的双壁玻璃池中进行。随后用差压传感器进行气压测量。为了计算作为时间函数产生的分子氧的量，对压力数据进行校正，以考虑气体的水蒸汽压力，氧气溶解度和亨利常数作为温度的函数。

　　反应混合物始终保持在50mL。过氧化氢的反应始于加入过氧化氢溶液，温度与活性碳水混合物相同。

　　为了获得关于活性炭的化学性质的更多信息，就其酸性-碱性和氧化还原性质而言，研究了溶液的pH和过氧化氢中活性炭表面的化学修饰的影响。 。对于该反应混合物与过氧化物浓度0.100mol L的固定组合物-1和CAT等于2,00x10 -3克·毫升-1 在298K的温度下发现：在2-10个pH单位的溶液范围内，初始反应速率没有显着变化。该结果与Bohem滴定法给出的活性炭中官能团的组成一致，其中活性酸基团与碱性基团相比是非常低的比例。强氧化剂，如高锰酸钾和过氧化氢，会大大改变影响过氧化氢的表面(图1)，从而可以推断活性炭表面存在还原基团作为过氧化氢的活性位点。活性炭表面的化学处理按以下方式进行：用HNO3浓度5mol L-1 6个小时，用KMnO 4浓度0.08mol L-1在酸H 2 SO 4 浓度为0.5mol L-1 4小时用H 2 ö 2 的30%72小时。在每次处理结束时，将活性炭置于索氏提取器中一周，直到保证恒定的pH值。最后将活性炭在110℃下干燥至不再减轻重量，然后储存在干燥器中。

　　实验结果讨论

　　质量比活性炭体积的变化

　　在图2中被视为在活性炭的质量发生改变比初始反应速率时过氧化物的初始浓度是，(a)中1,60x10 -1 mol L-1和( b)在298K的温度下为7.92×10 -2 mol L -1。相对于活性炭的质量-体积获得反应顺序是一个和表观速率常数，ķ VEL，是约0.11毫升克-1小号-1在298 K(0.12毫升克-1 小号-1时[H 2 ö 2 ] 0 = 1,60x10 -1 mol-1和0.10毫升克-1小号-1时[H 2 ö 2 ] 0 = 7,92x10 -2molL -1)。

　　在图3中关系决定于过氧化氢的初始浓度的反应初速度的变化，当活性炭(CAT)的质量-体积是比：(1)1.0×10 -3克毫升- 1，(b)2.0×10 -3 g mL -1和(c)4.0×10 -3 g mL -1，温度为298 K.

　　温度的影响

　　在图4中温度的效果示于初始反应速率，这取决于过氧化氢的初始浓度时活性炭的质量-体积比为2,00x10 -3克·毫升-1。

　　活性炭实验给出的证据表明，过氧化氢在活性炭表面被的分解过程中的化学反应，也有证据表明活性位点对应于减少碱性官能团或，由于当活性炭与强氧化剂处理发生像高锰酸钾和过氧化氢一样，过氧化氢的分解速率明显下降(图1)。通过研究过氧化氢的初始速度，在初始浓度过氧化物和初始活性炭的量以及温度的影响的广泛范围内获得的大量实验数据通过在均相典型的反应速率，得到反应为了使每个试剂是1.0，用约27千焦mol的活化能-1。尽管这些结果证明了过氧化氢的伪一阶定律是正确的，但他们并不知道所研究的系统的异质性。最后，已经证明，实验数据可以通过考虑系统性质的动力学方程如Langmuir-Hinshelwood方程令人满意地处理。在这些条件下的活化能为约40千焦mol -1。这项工作表明了活性炭分解过氧化氢作为一种技术来表征改性固体的催化活性时应遵循的程序。

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