Pt_SDB疏水催化剂的制备及催化性能研究.pdf

Pt/SDB疏水催化剂的制备及催化性能研究

摘要

氢同位素分离技术在核电站反应堆重水提氚和升级方面有较大的应用价值，性能优

异的疏水催化剂是实现氢同位素分离技术工业化应用的关键因素，而催化剂载体的制备

工艺直接决定了催化剂的物理性能和催化效率。针对疏水载体苯乙烯-二乙烯苯共聚物

(SDB),研究人员开展了大量研究，得到的SDB颗粒粒径普遍较小，由此导致催化剂床

层压力过大，引起“液泛”现象和催化效率降低。大尺寸SDB颗粒可以有效地减少或

避免“液泛”现象的发生，因此，研究和制备大尺寸SDB颗粒具有较大的实际意义。

以苯乙烯为单体，二乙烯苯为交联剂，甲苯和正辛烷为致孔剂，过氧化苯甲酰为引

发剂，选用适当的物质作为密度调节剂和表面活性剂，采用悬浮聚合法制备尺寸可控的

5mm及以上的SDB球形载体，并采用物理刻蚀方法实现SDB表面粗糙化。采用氮气

吸脱附方法、压汞法、视频光学接触角测量仪、扫描电子显微镜、热重-差热分析等表

征手段对SDB的孔道结构、疏水性能、表面形貌、热稳定性等性能进行了测定，阐述

了各个制备条件下SDB性能产生差异的原因，得到的最佳工艺条件为：单体与交联剂

的用量比1:1，单体与致孔剂的用量比为1:1，混合致孔剂的配比为甲苯:正辛烷1:1，采

用72~80℃梯度升温的控温方式，引发剂的用量为单体用量的3wt%。工艺优化后SDB

23

各项测试数值平均值：比表面积为394.0m/g，孔容为0.369cm/g，孔径为1.90nm，机

械强度为168.8N，疏水角为145.8°，热分解起始温度约为350℃。

将刻蚀后的SDB与配制好的氯铂酸溶液混合，利用浸渍还原法实现铂在SDB上的

附载，以硼氢化钾作为还原剂进行常温还原。采用X射线光电子能谱、紫外分光光度计

和脉冲滴定定量分析对Pt/SDB进行分析表征，结果表明：硼氢化钾常温还原后零价铂

40%Pt/SDBPt0SDB

的含量为，催化反应后的中的含量基本保持不变，说明活性组分与

的结合较好。附载过程中Pt利用率为82.15%，在确保较高附载量的前提下，减少了高

温氢气还原所引起的团聚现象，说明KBH4常温还原的方法是可行的。脉冲滴定定量分

2

Pt54%Pt/SDB130m/g

析结果显示的分散度约为，上活性金属面积约为，平均晶粒尺

寸约为2nm。

采用气相催化交换装置和液相催化交换装置测定Pt/SDB的氢同位素催化交换性能，

采用溶解氧去除装置测定Pt/SDB的催化氢氧复合性能，分析了各个变量和催化效率之

间的变化规律。气相催化交换反应的最佳反应条件为：氢气流量为100mL·min-1，催化

剂床层温度为90℃，催化剂床层内只装填催化剂。液相催化交换反应的最佳反应条件

哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文

为：氢气流量为200mL·min-1，催化剂床层温度为70℃，亲水填料内径为3mm，催化

:1:3200mL

剂填料。液相氢氧复合反应的最佳反应条件为：氢气用量，催化剂床层温

度为45℃，催化剂用量为4g/L。保持气相催化交换反应和液相催化交换反应的最佳反

应条件不变，采用Pt/SDB/CC得到的H-D交换效率分别为92%和52.1%。

关键词：SDB载体；尺寸可控；Pt/SDB疏水催化剂；催化效率

Pt/SDB疏水催化剂的制备及催化性能研究