活性炭负载金属催化剂及其应用-活性炭负载Cu

在活性炭负载的金属主要有钒(V)、锰(Mn)、铜(Cu)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铂(Pt)、钛(Ti)等，到目前为止，已有许多不同种类活性炭载体的金属类催化剂实现了工业应用。

（1）活性炭负载铁催化剂及其应用（见上文）

（2）活性炭负载Cu催化剂及其应用在活性炭上负载CuO催化剂的研究也较广泛。 Tseng等对比研究了在相同的实验条件下负载于AC上的CuO、Fe₂O₃和V₂O₅对于同时脱除烟气中的SO₂、NO和HCl的性能。结果表明，SO2在金属氧化物上的催化过程包括三个阶段:SO₂吸附形成亚硫酸盐、亚硫酸盐氧化形成硫酸盐、硫酸盐分解放出SO₂。而且，在实验中发现，CuO/AC仅仅作为吸附剂，且氧化铜在催化过程中因为硫酸铜而使催化剂失活。

另外有研究表明：AC作为催化剂载体在低温下具有较高的催化活性，并且酸处理有利于促进AC上负载的活性物质的均匀分散，提高其催化活性。对此， Tseng等针对CuO/AC对SO₂的催化氧化做相关研究，研究的结论指出:酸处理过程、负载金属以及载体颗粒的尺寸均为对催化剂CuO/AC催化剂活性产生影响的因素。金属负载和酸处理这两个过程能够促进SO₂的吸附和转移进而提高材料的氧化活性。因此，相对来说，AC的表面化学性质的影响要大于载体的物理性质(如:孔结构)的影响。

高晶晶以活性炭为载体，CuO、ZnO和硝酸等为改性剂，采用等体积浸渍法制备了一系列吸附脱硫剂，采用静态吸附法和固定床动态吸附法评价该系列脱硫剂在柴油吸附脱硫中的吸附作用。研究结果表明，活性炭基吸附剂能够有效地脱除柴油中的含硫化合物。改性后活性炭的吸附脱硫性能要好于活性炭原样(AC)，活性炭负载CuO(CuO/AC)的脱硫性能要好于负载ZnO(ZnO/AC)，活性炭混合负载CuO/ZnO(CuO-ZnO/AC)的脱硫性能与单独负载CuO或ZnO相差不大；活性炭经硝酸活化后再负载CuO(AC-N-A)的脱硫性能大大提高，其脱硫性能要好于直接负载CuO。活性炭负载CuO和ZnO主要用于柴油中二苯并噻吩及其衍生物的脱除。表面酸碱性官能团测定结果表明所制备的脱硫剂表面碱性官能团含量大于表面酸性官能团含量，其表面酸量大小：AC-N-A> CuO-ZnO/AC>CuO/AC>ZnO/AC>AC，表面碱量大小：CuO-Zno/AC>ZnO/AC>CuO/AC>AC-N-A>AC。活性炭的比表面积、孔容和平均孔径受焙烧和硝酸活化的影响不大，其zui可几孔径主要集中在23nm之间。差热-热重分析表明，加热到350℃，硝酸锌晶体与硝酸铜晶体350℃基本完全分解为CuO和ZnO，活性炭在200-550℃之间热稳定性良好。X射线衍射分析表明，在350℃下焙烧的脱硫剂CuO/AC

350℃出现了Cu₂O的衍射峰，这是由于C将部分CuO还原为Cu₂O；在500℃和700℃下熔烧出现了单质Cu的衍射峰，这是由于部分Cu的氧化物被C还原为单质Cu；吸附脱硫后CuO/AC中Cu₂O的衍射峰消失，这可能是由于Cu₂O参与了硫的脱除；脱硫剂ZnO/AC中没有发现Zn以任何物相存在的衍射峰，这说明活性组分均匀分散在活性炭表面。上述脫硫剂用于FCC柴油吸附脱硫评价结果表明，脱硫剂CuO/AC、ZnO/AC、 CuO-ZnO/AC和AC-N-A的吸附饱和硫容分别为0.587%、0.531%、0.596%和0.808%；脱硫剂用于模型化合物吸附脱硫评价结果为，AC、CuO/AC、ZnO/AC和AC-N-A对噻吩的吸附饱和硫容分别为0.261%、0.325%、0.298%和0.470%，对苯并噻吩的吸附饱和硫容分别为1.076%、1.354%、1.251%和1.826%，脱硫剂能够选择性吸附脱除苯并噻吩。所制备的脱硫剂吸附饱和硫容大小：AC-N-A> CuO-ZnO/AC>CuO/AC>ZnO/AC>AC。静态吸附脱硫评价结果表明，当CuO负载量为4.0%，ZnO负载量2.0%，油剂比1.0，浸泡时间2h，脱硫温度80℃时，脱硫剂CuO/AC、ZnO/AC、 CuO-ZnO/AC和AC-N-A的zui大脱硫率分别为45.27%、44.40%、45.76%和60.95%。固定床动态吸附脱硫评价结果表明，当CuO负载量为4.0%，ZnO负载量2.0%，焙烧温度350℃，焙烧时间2.0h，脱硫温度80℃，空速2.0h-1，油剂比1.0时，脱硫剂CuO/AC、ZnO/AC和 CuO-ZnO/AC的zui大脱硫率分别为46.98%、43.91%和47.82%；当CuO负载量为4.0%，焙烧温度350℃，焙烧时间2.0h，脱硫温度100℃，空速2.0h^-1，油剂比1.0时，脱硫剂AC-N-A的zui大脱硫率为70.60%。通过脱硫剂AC-N-A再生研究发现，采用气体吹扫热再生和有机溶剂洗脱再生对失活后脱硫剂有一定的再生效果。