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二氯甲烷是揮發性有機化合物，廣泛用于化學工業中作為溶劑和反應物，以及氣溶膠和粘合劑以及提取工藝等，屬于比較危險的大氣污染物，因此處理殘留二氯甲烷的安全方法非常重要。本期我們以活性炭負載鉑納米顆粒制成催化劑，負載后的活性炭具有零價態的高比例金屬，可以對二氯甲烷的加氫脫氯進行催化。
加氫脫氯是一種用于處理和回收氯化合物的新興技術。它在中等條件下運行，獲得的反應產物危害性小得多，可通過焚燒回收或破壞。已經有人實驗了使用基于不同貴金屬的催化劑并用作氯甲烷加氫脫氯的載體。測試了鈀，鉑，銠和釕作為活性相，活性炭作為載體進行測試。活性炭在加氫脫氯中經常被使用。然而，無機材料可能被加氫脫氯反應中形成的HCl侵蝕，導致表面酸度增加，造成不好的影響。活性炭是該反應的合適載體，因為活性炭對形成的HCl相對惰性，盡管活性炭的性能取決于不同的變量，例如孔徑分布和表面氧基團。本研究的目的是制備含有高比例Pt的鉑納米顆粒的活性炭催化劑，途中改變活性炭表面的性質和Pt負載以分析這些參數的影響，尤其是活性炭表面酸度，催化劑的物理化學性質及其加氫脫氯，選擇性和穩定性等。
活性炭載金屬催化劑的屬性
所有活性炭催化劑都顯示出高BET表面積。在二氯甲烷加氫脫氯中使用后沒有觀察到顯著差異，這消除了碳質沉積物阻塞多孔結構作為催化劑失活的原因。CO化學吸附結果表明，鉑在所有活性炭催化劑中均勻分散，它們之間略有不同。高Pt分散可歸因于活性炭的高表面積及其表面化學性質，這在催化劑制備過程中引起活性相與載體之間的相互作用。TEM圖像(圖1)和金屬粒度分布(圖2)證實了在鉑在兩種不同活性炭中形成Pt納米顆粒，平均尺寸值分別為1.6和2.0nm。
圖1：活性炭的和使用過的活性炭催化劑的TEM圖像。
圖2：活性炭和使用過的活性炭催化劑的鉑粒度。
活性炭載體的影響
使用三種活性炭催化劑在不同劑量和不同反應溫度下實現的二氯甲烷轉化率值和全局脫氯在圖3顯示。實驗的誤差，在所有情況下都低于5%。可以看出，所有活性炭催化劑對于流出物具有極高的活性，加氫脫氯高達80%。在測試范圍(200℃-250℃)內觀察到二氯甲烷轉化率隨溫度的顯著增加。
圖3：二氯甲烷(a)的初始轉化率和脫氯以及活性炭載鉑催化劑對甲烷和一氯甲烷(b)的收益率。
活性炭催化二氯甲烷的加氫脫氯得到甲烷和一氯甲烷，在所有情況下對甲烷具有高選擇性(>80%)。選擇性模式可與Pt中納米顆粒的形成有關。鉑顆粒的小尺寸避免碳比甲烷的數的烴更高的形成，比甲烷更大，這在以前發現在大金屬顆粒被穩定，這可能導致催化劑的強失活。提高反應溫度有利于甲烷的形成而損害一氯甲烷。甲烷產率隨反應溫度顯著增加，如圖3所示。
制備含有鉑納米顆粒的活性炭催化劑，并且證明在測試的操作條件下二氯甲烷的加氫脫氯的效果比較好。活性炭載體的性質在催化劑的脫氯和穩定性中起重要作用。盡管有兩款活性炭在長時間運行中保持其活性，但其中一款活性炭遭遇快速失活。除了它們的小Pt粒徑和高比例的情況之外，在高穩定性可能與活性炭的較低表面酸度有關，因為活性炭的酸性有利于焦炭沉積，導致催化劑失活。將金屬負載增加會造成分散保持恒定，從而使催化劑的脫氯活性增強。
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