活性炭催化分解過氧化氫的動力學研究。反應(yīng)物濃度和溫度的影響進行了實驗研究。動力學數(shù)據(jù)通過初始反應(yīng)速率的差異方法進行評估。由于分子的高反應(yīng)性和反應(yīng)中間體的氧化能力，過氧化氫(DCPH)在均相和非均相中的催化分解研究是廣泛的反應(yīng)。在固體表面上選擇性地在堿性或還原性活性位點上或在涉及金屬離子的位置如鐵，鈰，錳，銅，鈷，釩等中可能發(fā)生不同的氧化態(tài)和/或形成絡(luò)合物。

　　活性炭催化分解過氧化氫實驗部分

　　實驗采用過氧化氫30%、活性炭碘值1000，亞甲藍21,35和表征的官能團具有以下結(jié)果：活性炭具有以下表征羧基1,22x10 -1毫當量克-1，內(nèi)酯2,44×10 -1 meq g -1，苯酚1,51×10 -1 meq g -1，羰基化合物1,24×10 -2meq g -1和總堿性基團1.12meqg-1。

　　方法

　　過氧化氫反應(yīng)在用于溫度控制的雙壁玻璃池中進行。隨后用差壓傳感器進行氣壓測量。為了計算作為時間函數(shù)產(chǎn)生的分子氧的量，對壓力數(shù)據(jù)進行校正，以考慮氣體的水蒸汽壓力，氧氣溶解度和亨利常數(shù)作為溫度的函數(shù)。

　　反應(yīng)混合物始終保持在50mL。過氧化氫的反應(yīng)始于加入過氧化氫溶液，溫度與活性碳水混合物相同。

　　為了獲得關(guān)于活性炭的化學性質(zhì)的更多信息，就其酸性-堿性和氧化還原性質(zhì)而言，研究了溶液的pH和過氧化氫中活性炭表面的化學修飾的影響。 。對于該反應(yīng)混合物與過氧化物濃度0.100mol L的固定組合物-1和CAT等于2,00x10 -3克·毫升-1 在298K的溫度下發(fā)現(xiàn)：在2-10個pH單位的溶液范圍內(nèi)，初始反應(yīng)速率沒有顯著變化。該結(jié)果與Bohem滴定法給出的活性炭中官能團的組成一致，其中活性酸基團與堿性基團相比是非常低的比例。強氧化劑，如高錳酸鉀和過氧化氫，會大大改變影響過氧化氫的表面(圖1)，從而可以推斷活性炭表面存在還原基團作為過氧化氫的活性位點。活性炭表面的化學處理按以下方式進行：用HNO3濃度5mol L-1 6個小時，用KMnO 4濃度0.08mol L-1在酸H 2 SO 4 濃度為0.5mol L-1 4小時用H 2 ö 2 的30%72小時。在每次處理結(jié)束時，將活性炭置于索氏提取器中一周，直到保證恒定的pH值。最后將活性炭在110℃下干燥至不再減輕重量，然后儲存在干燥器中。

　　實驗結(jié)果討論

　　質(zhì)量比活性炭體積的變化

　　在圖2中被視為在活性炭的質(zhì)量發(fā)生改變比初始反應(yīng)速率時過氧化物的初始濃度是，(a)中1,60x10 -1 mol L-1和( b)在298K的溫度下為7.92×10 -2 mol L -1。相對于活性炭的質(zhì)量-體積獲得反應(yīng)順序是一個和表觀速率常數(shù)，ķ VEL，是約0.11毫升克-1小號-1在298 K(0.12毫升克-1 小號-1時[H 2 ö 2 ] 0 = 1,60x10 -1 mol-1和0.10毫升克-1小號-1時[H 2 ö 2 ] 0 = 7,92x10 -2molL -1)。

　　在圖3中關(guān)系決定于過氧化氫的初始濃度的反應(yīng)初速度的變化，當活性炭(CAT)的質(zhì)量-體積是比：(1)1.0×10 -3克毫升- 1，(b)2.0×10 -3 g mL -1和(c)4.0×10 -3 g mL -1，溫度為298 K.

　　溫度的影響

　　在圖4中溫度的效果示于初始反應(yīng)速率，這取決于過氧化氫的初始濃度時活性炭的質(zhì)量-體積比為2,00x10 -3克·毫升-1。

　　活性炭實驗給出的證據(jù)表明，過氧化氫在活性炭表面被的分解過程中的化學反應(yīng)，也有證據(jù)表明活性位點對應(yīng)于減少堿性官能團或，由于當活性炭與強氧化劑處理發(fā)生像高錳酸鉀和過氧化氫一樣，過氧化氫的分解速率明顯下降(圖1)。通過研究過氧化氫的初始速度，在初始濃度過氧化物和初始活性炭的量以及溫度的影響的廣泛范圍內(nèi)獲得的大量實驗數(shù)據(jù)通過在均相典型的反應(yīng)速率，得到反應(yīng)為了使每個試劑是1.0，用約27千焦mol的活化能-1。盡管這些結(jié)果證明了過氧化氫的偽一階定律是正確的，但他們并不知道所研究的系統(tǒng)的異質(zhì)性。最后，已經(jīng)證明，實驗數(shù)據(jù)可以通過考慮系統(tǒng)性質(zhì)的動力學方程如Langmuir-Hinshelwood方程令人滿意地處理。在這些條件下的活化能為約40千焦mol -1。這項工作表明了活性炭分解過氧化氫作為一種技術(shù)來表征改性固體的催化活性時應(yīng)遵循的程序。

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