新型纳米催化材料的设计、制备及应用研究
纳米催化剂由于其高效的还原或氧化作用，在催化或光催化领域的应用非常广泛，与普通商用催化剂相比，表现出高活性和高选择性等优异的催化性能。在反应中，纳米催化剂的尺寸、形貌、表面性质等对其活性和选择性起到了关键的作用。纳米催化剂制备过程中的条件，如原料浓度、反应时间、反应温度、溶剂比例和表面活性剂等，对于控制制备纳米催化剂至关重要。目前，人们对各种纳米催化剂的制备和应用做了大量研究，取得了丰硕的成果，同时也提出了纳米催化剂在实际应用中出现的许多问题。
本论文立足于绿色、廉价、简易、可工业化放大的制备方法，来获得尺寸、形貌及表面性质可控的纳米氧化锌光催化剂、纳米铜催化剂，并且发挥优化设计理念，对纳米氧化锌光催化剂、纳米铜催化剂进行了有针对性的表面改性。本论文从控制制备、表面改性及提高产品应用性能等方面开展了研究工作，全文的主要内容和创新点如下：
1、系统研究了水热法控制制备多形貌、多尺寸纳米氧化锌的制备工艺。考察了原料浓度、水热温度、水热时间、pH值、溶剂比例等因素对氧化锌颗粒尺寸和形貌的影响，结果表明：通过不同原料的水热反应，可以得到类球状、棒状、花状的纳米氧化锌光催化剂，调节原料浓度、水热温度、水热时间、pH值及溶剂比例等参数，可以控制光催化剂的形貌和尺寸。该制备方法原料简单价廉，调控手段简单，适于工业化放大生产。2、以罗丹明B等为降解对象，研究了水溶液中各种产品的光催化活性，考察了产品形貌、粒径、表面处理和使用条件对光催化性能的影响，选取了利于提高光催化效率的途径。实验结果表明：本论文所报道的方法所制备的纳米氧化锌光催化剂均具有良好的光催化性能，减小颗粒粒径、增大比表面积、较低温度煅烧有利于得到高催化性能的光催化剂，选取适当用量、调节体系pH值等，可以促进光催化体系的迅速降解。3、创新性的设计、制备并表征了核壳结构的纳米ZnO@SiO2、ZnOSiO2光催化剂颗粒，对其光催化性能进行了测试，验证了其在光催化应用中的优势和设计思路的正确性。4、系统研究了液相还原法制各纳米铜催化剂的制备工艺。考察了原料浓度、体系温度、反应时间、溶剂比例和表面活性剂等对铜催化剂颗粒的影响，结果表明：该工艺可以得到形貌可控、粒度可调、分散均匀、质量稳定的纳米铜催化剂，为工业化放大生产提供了基础。5、创新性的设计、制备并表征了核壳结构的纳米Cu@C催化剂颗粒，对其催化性能进行了测试，验证了其在苯羟基化催化反应中的优势和设计思路的正确性。6、在两种催化剂基础相材料的制备实验基础上，结合液相还原法与高通量反应器的特点，利用超重力旋转床和套管式微反应器对制备过程进行了连续式放大研究，对烧杯实验的放大制备优化了产品形貌、尺寸、分散性能，充分证明了高通量反应器在微观混合和反应传质方面的优势。
氧化锌;纳米铜催化剂;核壳结构;水热法;液相还原法;光催化性能
北京化工大学
博士
化学工程与技术
陈建峰
2011
中文
TN304.21;TQ426.8
118
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）