2.2 脱HCl
脱HCl是一类重要反应。目前,工业上多采用活性炭及分子筛类催化剂。以PAN-ACF作此类反应的催化剂,显示出明显的优势。在由1,2-二氯乙烷制氯乙烯的反应中,选择性高达99%以上,转化率远高于活性炭类催化剂,温度较分子筛催化剂低100~150℃,且无积炭现象发生[12]。李伟等[17]认为,PAN-ACF催化剂的优良性能来源于它的碱性。由于PAN中含有氮原子,因此可能在炭化过程中形成碱性的吡啶环。催化剂上的碱性位不但具有良好的催化活性,而且可有效地防止积炭。
最近,Soo-Jin Park等[18]对活性炭纤维进行氧等离子处理,随着处理次数的增加,ACF脱除HCl的效率最多可提高到300%。并认为,这是等离子处理在ACF表面引入了新的含氧官能团,使比表面积或孔容降低而引起的。
2.3 脱除NOx
氮氧化物NOx也是大气污染的主要物质。用NH3选择性催化还原(SCR)工艺脱除烟道气中NOx的技术已得到广泛应用,常用的催化剂有金属氧化物、沸石和活性炭等。但是,要获得较高的NOx去除率,金属氧化物催化剂和沸石催化剂需在180~330℃温度范围内使用,温度太高,NH3被氧化,温度太低,催化剂活性不高[19]。这种SCR工艺的缺点是有时需要重新加热烟道气。郭占成[20]把沥青基活性炭纤维经硫酸活化处理后,对烟道气中NOx进行选择性催化还原。当气体中氧体积分数约低于10%时,硫酸活化处理可在低温下较大提高沥青基活性炭纤维对NOx选择性催化还原的活性。Shirahama N等[21]在室温下把尿素负载于ACF上用于空气中NO2脱除还原,可以把空气中体积分数50×10-6~1 000×10-6的NO2还原成氮气,而且能够持续还原直至尿素完全消耗。
2.4 作催化剂载体
作为催化剂载体,ACF具有高比表面积,有利于催化剂的分散,既可增大活性相的作用,又能减少高温烧结失活的可能性[14]。ACF属乱层石墨结构,在金属微晶与ACF表面紧密接触的过程中,会受到π电子的作用。这种金属-载体相互作用会影响催化剂的吸附机理和吸附量,乃至催化活性。在还原法除去NO的反应中,ACF负载铜催化剂也具有较好的催化活性。陆耘等[22]以活性炭纤维为载体负载铜类化合物制成铜系ACF催化剂。通过研究发现,Cu(NO3)2-ACF催化剂对NO具有较高的催化还原活性,在150℃时NO转化率可达70%。李国希等[23]采用电化学方法制备了负载Pt的活性炭纤维,进行了NO吸附活性及其影响因素的研究。研究结果表明,电沉积Pt没有改变活性炭纤维的微孔结构,Pt粒高度分散在活性炭纤维的外表面。而NO的吸附量显著增加,这说明存在化学吸附。
杂多酸具有酸性很强的质子酸中心,是一种多功能酸催化剂,对它的应用研究很多。一般将它负载在无机载体上用于酸催化反应,通过对多种载体负载杂多酸后,酸性和稳定性情况的研究认为将杂多酸牢固地负载在载体上是关键。胡玉才等[24]以活性炭纤维为载体负载杂多酸SiW12制得了SiW12/C负载型催化剂,并应用于异丁烯与甲醇合成MTBE模拟催化反应,实验结果表明,该催化剂具有较高的活性和选择性,MTBE收率可接近80%。活性炭纤维还可应用于催化加氢、择形催化,以及作为催化剂助剂等[17]。
3、结 语
活性炭纤维在催化领域的研究工作起步较晚,但发展比较迅速。目前,可以应用活性炭类催化剂的所有反应类型,ACF几乎全部有所涉及。而且,据现有的文献报道,在可应用炭催化剂的绝大多数反应中,ACF优于活性炭类催化剂。ACF的价格约是活性炭的5~100倍,这也是ACF没有被广泛应用的一个原因。随着低成本、高强度的ACF的研究开发,相信ACF在催化领域中有着更加广泛的应用前景。
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